正弦风场新月形覆冰导线动态气动力特性

为研究脉动风场对覆冰导线动态气动力特性的影响,利用Fluent软件的用户自定义函数和动网格技术,计算了正弦风场下新月形覆冰导线在垂直振动与扭转振动耦合下的动态气动力系数,并与相同舞动条件下定常风场模拟结果进行比较;分析了来流速度脉动频率和幅值对气动力的影响.结果发现:覆冰导线在正弦风场作用下的动态气动力系数平均值略高于定常风场下动态气动力的数值;脉动风频率对阻力系数和升力系数的平均值影响较小;脉动风幅值增加会导致动态气动力系数的平均值增大.因此工程中进行输电线路防舞设计时,应考虑脉动风场幅值对气动力系数的影响.     

覆冰三分裂导线气动力特性的数值模拟

采用有限体积法和SIMPLEC算法,求解雷诺数在亚临界区内的均匀黏性不可压缩流体的N-S方程,对风吹过平行布置的覆冰三分裂导线的气动力特性进行计算流体动力学（CFD）数值模拟.为克服数值模拟在高雷诺数下的数值不稳定性,在求解N-S方程时采用QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度.针对新月形和扇形2种典型覆冰三分裂导线,分析平行布置的三分裂导线各子导线尾流间的相互作用及其对气动力特性的影响.计算结果表明,新月形覆冰导线比扇形覆冰导线舞动的风攻角范围大,但前者的舞动振幅小于后者;分裂导线中处于尾流区的子导线的气动力系数均小于迎风面子导线的气动力系数,且扇形覆冰导线比新月形覆冰导线更为显著.     

四分裂导线舞动特性及线路磨损规律

基于输电线路实际工程,分别建立了四分裂导线风场模型和输电塔-线-间隔棒耦合模型,研究分裂导线气动特性和舞动响应受覆冰形状、覆冰厚度、风速和风攻角等参数的影响规律,明确导线与金具碰撞磨损机理。研究结果表明：各分裂导线间的气动特性存在较大差异,阻力系数受各参数的影响显著,随着覆冰厚度和风速的增加阻力系数逐渐增大;覆冰形式和覆冰厚度对升力系数的影响较小,风速和风攻角的影响较大;导线舞动过程中与连接金具发生了摩擦连续碰撞和瞬时强烈碰撞,导线最大接触法向作用力随风速增加而增大,随覆冰厚度增加而降低。本研究揭示了四分裂覆冰导线舞动特性规律和碰撞磨损机理,可以为输电线路防舞动设计和安全运营提供指导。     

基于蒙特卡洛方法的覆冰导线舞动跳闸概率计算

架空导线的覆冰舞动是导致线路跳闸的重要因素,严重威胁着电力系统运行的安全性与稳定性,如何科学合理地根据气象信息来计算架空导线的覆冰舞动跳闸概率成为亟待解决的问题。为计算输电线路在冰冻气象下发生舞动所致的短路跳闸概率,首先收集冰冻气象区域的风速、冻雨量、温度及湿度等信息,采用Weibull分布拟合风速的概率密度分布函数并计算导线覆冰厚度;其次,基于牛顿法建立覆冰导线单自由度舞动模型,采用里茨—伽辽金法求得幅值解析表达式,使用该表达式结合风速的概率分布与覆冰厚度求得舞动幅值越限的概率分布函数;然后,通过分析三相导线发生非同步舞动时的相位关系,得到了某一舞动幅值下发生跳闸的概率;最后,利用蒙特卡洛方法模拟覆冰导线舞动跳闸的过程,得到了舞动越限跳闸概率的统计值。算例结果表明,该方法能由气象预报获得的气象信息对未来时段的舞动跳闸概率做出准确计算。     

酒杯塔塔线耦合体系覆冰导线舞动分析

采用非线性有限元分析方法研究了塔线耦合体系覆冰导线舞动的规律及特点,以及输电线舞动对酒杯塔受力及变形的影响发现绝缘子的布置型式对覆冰导线舞动的幅值及规律有很大的影响;由于塔线耦合的作用,左右跨的各相导线在具有相同覆冰厚度、形状以及受相同气动载荷情况下,所形成的舞动幅值及相位存在差异,从而导致输电线作用在塔上的力沿各方向分力不平衡,导致输电塔产生沿导线方向侧弯变形、与导线垂直方向侧弯变形以及横担的扭转变形;在导线舞动过程中输电塔的最大应力交替出现在塔头刚度较弱的部位.     

输电导线扰流防舞器气动力特性风洞试验研究

为了研究扰流防舞器的防舞效果及扰流防舞器直径对防舞效果的影响,分别对新月形覆冰输电导线、安装扰流防舞器的无覆冰输电导线及安装3种不同直径的扰流防舞器的新月形覆冰输电导线,进行刚性足尺截断模型天平测力风洞试验.测定各种工况对应的气动力系数曲线,通过对邓哈托系数和尼戈尔系数的分析,研究不同直径的扰流防舞器的防舞效果.试验结果表明：新月形覆冰导线会发生舞动;扰流防舞器不会使导线无覆冰时发生横风向舞动,使导线发生扭转舞动的可能性不大;不同直径的扰流防舞器均具有一定的防舞效果,其中直径为0.75倍导线直径的扰流防舞器的防舞效果最佳.     

光圆与非光圆绞突覆冰输电导线气动力特性分析

现有针对覆冰输电导线风致振动的模拟研究大多是将导线简化为理想光圆截面考虑其气动力特性的,对于实际导线绞突的截面特点考虑不足。采用Fluent软件研究覆冰光圆与非光圆绞突截面导线的气动力特性,分析二者气动力系数在不同风速、覆冰厚度、覆冰形状和导线直径时的特点和差异。结果表明：两种截面覆冰导线气动力系数差异较大,其中,阻力系数和扭转系数最大相对偏差可达100%,升力系数最大相对偏差可达-175%。采用非光圆绞突截面导线会增加周期内涡脱落的数量,使其波动更加剧烈。覆冰为新月形时,采用光圆截面导线会低估导线顺风向位移,高估横风向位移;覆冰为D形时,采用光圆截面导线比非光圆绞突截面导线下波动较为平缓且更有规律,会高估顺风向位移,低估横风向位移。鉴于两种截面覆冰导线在气动力、涡脱图和位移响应均存在较大差异,覆冰输电线系统精细化抗风设计时应考虑导线截面绞突特性对其气动力的影响。     

典型覆冰导线脉动气动力特性及风偏响应

为了研究冰风工况下导线的风偏响应特性,通过刚性模型高频天平测力风洞试验,测定D形和新月形覆冰导线气动力的平均值和脉动值,获得两类覆冰导线的气动力系数随风攻角的变化规律,验证了覆冰导线顺风向脉动风荷载的准定常假定.利用频域计算方法,研究两类覆冰导线的风偏特性.从覆冰导线气动力和风偏特性两方面对我国规范相关规定的合理性进行研究.结果表明,覆冰导线气动力受覆冰形状和风攻角的影响很大;D形覆冰导线在某些风攻角工况下的风偏响应接近大风工况下的裸导线;我国现行输电线路设计规范忽略覆冰形状和风攻角等因素对导线气动力的影响,对导线的阻力系数取单一值,这种规定不尽合理;采用规范风荷载计算得到的覆冰导线风偏响应在大多数工况下偏小.     

分裂导线不同步脱冰动力响应研究

输电线路覆冰脱落会引起导地线大幅振动,对线路结构产生潜在的危害,在分裂导线中更容易发生子导线不同步脱冰的现象。首先开展了单导线脱冰试验,验证了输电线路有限元建模及覆冰载荷模拟方法的有效性。随后利用相同的方法建立了六分裂导线-间隔棒体系的有限元模型,研究了分裂导线在不同步脱冰时各子导线的脱冰跳跃高度、导线张力和导线束扭转角的影响因素及变化规律。结果发现:部分未脱冰子导线的最大动态张力超过了导线全覆冰时的静张力,在分裂导线脱冰跳跃研究过程中应重点关注。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟方法

覆冰四分裂导线舞动问题严重威胁超高压线路的安全运行,对舞动的理论研究可有效推动防舞技术的发展。采用具3个平动自由度和1个扭转自由度的两节点索单元模拟分裂导线各子导线,利用空间梁单元模拟间隔棒,建立可考虑子导线尾流效应的舞动分析有限元模型。采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法对舞动进行非线性数值求解,利用MATLAB编制了相应的计算程序。运用该方法对典型算例的舞动进行数值模拟,结果表明:该方法可有效模拟覆冰四分裂导线的舞动特性,所编写的求解程序具有较高的计算精度和效率。