覆冰分裂导线扭转刚度研究

因分裂导线覆冰而导致的扭转刚度变化是舞动发生的重要原因之一,为了有效防治输电线路舞动,研究覆冰分裂导线扭转刚度很有必要.提出了一种考虑覆冰偏心的覆冰分裂导线扭转刚度计算方法,分析了覆冰对扭转刚度的影响.计算结果表明:覆冰导线的扭转刚度随覆冰量的增大而增大;常见易引发舞动的冰形中,扇形覆冰的偏心影响最大;覆冰偏心对扭转刚度有影响,初始结冰角越大,扭转刚度越大;覆冰导线在顺时针与逆时针的扭转刚度受覆冰偏心的影响基本相同,但临界扭转角和临界扭矩不同;不均匀覆冰会对分裂导线的扭转刚度产生显著影响.所得结果可为舞动的防治提供参考.     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

覆冰输电线路分裂导线舞动的建模与数值模拟

针对以往在覆冰分裂导线舞动的理论模型中缺少对分裂导线扭转刚度进行分析的问题,提出了一种改进的舞动分析模型.将分裂导线等效为单导线,在现有的对单导线舞动建模研究的基础上,采用假设模态法,利用Hamilton变分原理建立了覆冰导线在垂直、水平和扭转方向的动力学模型.考虑到分裂导线和单导线在扭转刚度上的不同,引入了一种分裂导线扭转刚度的计算方法,推导出分裂导线固有频率的计算公式,并将它们应用到所建模型中,使模型能够分析覆冰分裂导线的舞动,用经典Runge-Kutta法对模型进行求解,从而实现了对覆冰分裂导线的数值模拟.以中山口大跨越分裂导线舞动作为实例,由所建立的模型得到的数值模拟结果与实际观测值基本一致,从而验证了模型和数值模拟方法的准确性.     

1520mm2大截面两分裂新月形覆冰导线空气动力特性试验研究

通过风洞试验的方法研究了1 520 mm~2大截面两分裂覆冰导线各子导线的静态气动三分力系数随不同分裂间距、不同覆冰厚度、不同风速及攻角下的变化规律。试验模型采用实际导线加工而成,具有实际导线的粗糙表明。试验结果表明:在攻角为0°~20°范围内,受尾流干扰的影响,下风向导线的CD系数要小于上风向子导线的CD系数。总体而言,试验范围内分裂间距对覆冰导线的气动力影响不明显;在重覆冰情况下导线的升力CL曲线和力矩CM曲线在攻角为0°~30°范围内会形成一种"突峰"现象;下游子导线在重覆冰情况下的抗风安全性问题值得关注;风速对大截面覆冰导线的力矩CM系数有较明显的影响。     

基于曲梁理论的覆冰分裂导线舞动非线性动力分析

基于空间曲梁理论的应变-位移关系，建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型. 考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性，利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程. 采用振型叠加法将方程变换到振型空间中，并使用时间积分算法求解. 然后通过数值计算对单元无关性进行了检验，分析单元数量对覆冰导线前六阶频率的影响；此外研究了模态收敛性，分析模态截断对舞动响应的影响；最后分析了气动力对结构频率的影响. 研究结果表明，气动力对分裂导线的扭转频率有较大的影响，这准确地反映了输电线路的动态特性；另外，覆冰分裂导线混合模型用于输电线的舞动分析时具有可靠的精度，说明该混合模型可以预测输电线路的实际舞动响应，便于后续控制设计的实施.     

一种模拟覆冰双分裂导线舞动的数值方法

给出一种覆冰双分裂导线舞动的数值模拟方法。用Hamilton变分原理建立系统的动力学平衡方程,利用罚函数法引入子导线上间隔棒连接点的运动约束条件。采用Newmark法进行时间积分,Newton-Raphson迭代求解非线性方程,实现对双分裂导线舞动的数值模拟。数值模拟了垂直双分裂和水平双分裂覆冰导线的舞动,验证了方法的正确性。利用该方法能考虑由于迎风侧子导线尾流对背风侧子导线的影响而出现的作用在两子导线上的空气动力载荷不同的情况,为分裂导线舞动的深入研究提供了一种有效的途径。     

基于塔线体系的中冰区分裂导线断线响应分析

为了掌握中冰区分裂导线覆冰断线张力变化特性,考虑输电塔、导线、绝缘子串等构件的力学特点、设置导线阻尼和边界条件,建立了三档四分裂耐张段塔线体系有限元模型,分析了不同断线工况时导线断线张力变化规律,研究了覆冰厚度、断线根数、绝缘子串长度、档数、断线位置等因素对于导线断线张力的影响规律,探索了导线断线张力差动态峰值与静态稳定值的关系。结果表明:中冰区塔线体系数值建模方法可用于导线的断线张力计算;分裂导线断线时,导线不平衡张力差呈现振荡衰减趋势,覆冰厚度越大、分裂导线断线根数越多,导线的断线张力越大。绝缘子串长度越长,断线张力越小。线路档数对断线张力影响较小,断线位置由悬挂点向档中变化时,导线断线张力变小。多分裂导线全断时的张力差动态峰值和静态稳定值之间也呈现一定线性关系,两者的比例系数约为2.26。     

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,研究舞动理论可有效推动防舞技术的发展。采用具有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、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。通过数值模拟分析比较了考虑子导线尾流影响和不考虑子导线尾流影响情况下导线的舞动。结果表明：该方法可有效模拟覆冰四分裂导线的舞动特性,编写的求解程序具有较高的计算精度和效率,可为舞动防治技术的研究提供参考。     

覆冰分裂导线舞动的ANSYS有限元分析法

为分析覆冰分裂导线舞动时的应力变化情况,研究导线舞动和指导连接金具设计,根据现有比较全面的三自由度导线舞动模型,利用ANSYS有限元软件建立了山西地区典型的紧凑型输电线路覆冰导线的舞动模型。利用该有限元模型对6分裂覆冰导线的舞动情况进行了动态仿真,输出了导线舞动时变化图像,可以直观的看到舞动时导线和间隔棒内部应力分布,为研究导线舞动及设计连接金具受力提供有力支持。     

覆冰导线舞动数值仿真分析

利用ABAQUS有限元分析软件,通过欧拉梁单元的自由度释放和设置材料为不可压缩,模拟得到具有扭转自由度的覆冰导线的索单元,进一步利用用户自定义单元模拟覆冰导线所受的阻力、升力和扭矩空气动力载荷,分析了覆冰导线的舞动现象,并通过覆冰单导线与覆冰双分裂导线舞动模拟算例验证了方法的正确性。模拟研究了覆冰初始攻角、线路档距和导线初始张力等因素对覆冰导线舞动的影响规律。所得结果对覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值。     

覆冰四分裂导线的气动特性与舞动特性

针对覆冰四分裂导线气动特性、舞动特性研究的缺乏,进行了覆冰四分裂导线风洞试验,并系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。首先进行了覆冰四分裂导线风洞试验,得到了覆冰四分裂导线的气动力系数,接着采用等效替代法得到了覆冰四分裂导线中心轴处的等效气动力系数,再结合Den-Hartog横向驰振机理分析了覆冰四分裂导线等效气动力系数的稳定区。基于Hamilton原理,推导了二自由度覆冰导线的舞动方程,并求得了气动力系数的三次拟合曲线一般表达式。根据风洞试验得到的气动力系数,系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。结果表明:由于尾流效应的存在,相同材料的子导线的气动力系数却存在明显的差异,因此考虑覆冰四分裂导线中某一根子导线的舞动特性并不能反映覆冰四分裂导线整体的舞动特性;覆冰四分裂导线开始振动时主要以z轴方向的位移为主,随后y轴方向的位移慢慢增加,振动稳定后y轴方向的位移远大于z轴方向的位移,点的运动轨迹近视为椭圆。研究结果有助于防舞、抑舞技术的开发。     

750kV超高压扩径覆冰导线的机械振动模态分析

为了对超高压扩径覆冰导线进行机械振动模态分析,首先建立超高压扩径导线模型,然后覆裹一定厚度的冰层,分别建立长度为146 mm的微段和1/10、 1/20档距的长段扩径覆冰导线的机械动力学模型,对微段和长段覆冰导线模型分别进行机械振动模态仿真。结果表明:扩径覆冰导线的振型是弯扭组合振动;在相同工况下,随着覆冰导线长度的增大,悬垂增大,舞动的临界风速减小,发生舞动的频率增大,次档距振荡频率减小。     

输电导线覆冰生长及影响因素数值分析模型

针对现有输电线路覆冰生长模型仅注重覆冰生长量、难于准确预测覆冰形貌的问题,建立了输电导线局部冰层增长计算模型。采用空气动力学方程求解覆冰导线周围气流场参数、覆冰表面对流换热系数,进而采用欧拉二相流模型计算覆冰导线表面过冷却液滴碰撞系数;建立包含液滴碰撞、溢流、蒸发、升华等因素的质量平衡方程,基于此方程推导出计算对象热量平衡方程,并采用多级假设、一维搜索求解方程中多个未知量,得出各单元的冻结系数和覆冰质量。算例表明:局部碰撞系数及碰撞区域随风速的提高快速增大,覆冰量相应增大;而环境温度及导线电流的增加使得溢流水出现,覆冰类型由雾凇向雨凇过渡;模型所得覆冰形貌和覆冰量与已有实验结果基本相符,计算结果满足电力系统工程需要。     

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

覆冰地区分裂与扩径导线表面电场特性

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已经发展了多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些具有微气象、微地形特征的重覆冰地区尚未有较好的解决方法。文中考虑到扩径导线的特点和分裂导线输电线路的局限性,根据波阻抗和自然功率将分裂导线等效为单导线,并考虑电流的集肤效应,得到了等效的单根扩径导线,进而分析比较覆冰地区的分裂导线及其等效的单根扩径导线的表面电场特性。研究表明：等效前后导线截面面积相同且波阻抗一致时,扩径导线与分裂导线相比,不仅显著降低了子导线根数和输电线路的覆冰荷载,而且在扩径导线的半径等于分裂导线的等效单导线半径时,扩径导线的表面最大电场强度小于分裂导线。因此,在严重覆冰地区,采用分裂导线等效半径的扩径导线具有非常好的表面电场特性,且可显著降低冰风荷载,提高抗冰强度。     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响

以某高压覆冰分裂导线输电线路为例,采用有限元程序ANSYS建立输电塔线体系有限元模型,进行覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响研究.结果表明:在导线断裂工况下,导线断裂对输电塔的受力与变形影响很大,断线数目越多,输电塔上材料承受的应力越大且变形量增加越大.     

特高压新月型覆冰导线气动力特性研究

针对特高压多分裂输电导线的概况,通过风洞试验和FLUENT流体动力学软件,分析了八分裂新月型覆冰导线各子导线在不同风攻角、风速下气动力特性的变化规律,并将模拟结果与风洞实验数据进行了对比分析。同时探讨了阻力系数和升力系数变化规律的内在原因。风洞试验和数值模拟结果都表明风攻角对八分裂覆冰导线子导线气动力特性影响明显,风速对阻力系数的影响较大,对升力系数的影响却并不明显。数值模拟与风洞试验得到的气动力系数基本一致。     

基于高差系数的输电线路标准覆冰厚度模型及参数敏感性

目前现有覆冰监测系统覆冰厚度计算模型与实际情况相差较大,不能满足电网防冰抗冰实际需求的现状。基于现有拉力值反算覆冰厚度计算模型,提出拉力值质量控制方法,建立综合考虑线路设计冰厚、垂直档距、垂直荷载、水平应力等随覆冰厚度变化因素,同时提出杆塔高差系数对模型进行优化,减小模型参数过多造成计算结果不准确,并定量研究模型参数对计算结果的影响。研究表明:所建模型标准覆冰厚度结果与人工观冰之间的平均相对误差为14.09%,使原有模型计算准确度提高61%,更加接近于真实水平。同时,垂直档距随覆冰厚度呈非线性变化特征,在覆冰厚度为0～10 mm时垂直档距与覆冰厚度为二次函数关系,在10～40 mm时垂直档距与覆冰厚度为一次函数关系,覆冰厚度每增加1 mm,导致垂直档距减小约0.04 m。所得结论能够提升电力部门监测系统覆冰厚度计算准确性,同时能够为电力部门线路防冰、抗冰工作提供重要的科学指导意义。     

采用基本环境参数的导线覆冰预测方法

风速、温度、空气中液态水含量和水滴中值体积直径等4项参数是影响导线覆冰的主要环境参数。根据空气中水滴运动、碰撞和冻结进而形成导线覆冰的过程，基于流体力学和热平衡建立了“四参数”导线覆冰模型，通过数值计算详细分析了各个环境参数对导线覆冰增长速率的影响特性，并结合线路实际监测数据分析并拟合了液态水含量和水滴中值体积直径的经验公式，进而建立基于基本环境参数（一般传感器可获得的环境参数）的导线覆冰预测模型。研究结果表明：水滴中值体积直径对导线覆冰速率的影响具有饱和特性，空气中液态水含量的变化和风速、温度和湿度具有一定相关性。研究结论为输电线路覆冰预测、预警工作提供了理论参考。