山区大高差500 kV输电线路脱冰跳跃高度的计算方法

超特高压输电线路不可避免地经过高海拔和重覆冰的山区,大高差输电线路脱冰造成的不平衡张力和导线跳跃会对其电气及机械性能产生重要的影响。本文针对爬坡、翻山和跨谷等三种典型的山区500kV输电线路,建立了5档导线-绝缘子脱冰跳跃模型,通过附加力法得到了高差形式和高差角对导线跳跃高度幅值和不平衡张力的影响规律。结果表明：脱冰档存在高差时高侧绝缘子挂点受到的不平衡张力比低侧大,随着高差角的增大,低侧绝缘子挂点受到的不平衡张力加速减小,在30°时较高侧悬挂点受到的不平衡张力可达较低侧的3.06倍;相较于跨谷型,翻山型脱冰档两侧受到的不平衡张力更大,随着高差角的增大,翻山型与跨谷型的不平衡张力与跳跃高度均呈相反的变化趋势,在30°时翻山型不平衡张力达到最大值为30454.6N,跳跃高度达到最小值为10.02m,此时跨谷型不平衡张力达到最小值,跳跃高度达到最大值;通过分析弧垂差、跳跃高度幅值及线路高差角之间的关系,拟合得到大高差输电线路导线脱冰跳跃高度的计算公式,对线路设计和运维具有重要的工程价值。     

微气象区500 kV输电线路抗冰能力校核分析

针对覆冰后输电线路及杆塔的受力情况问题,采用传统导线受力计算模型对连续两次发生覆冰跳闸的500kV线路进行抗冰能力校核,研究了覆冰跳闸前后导线荷载、线间距离、不平衡张力以及脱冰跳跃幅值的变化情况。通过覆冰荷载模拟实验,结果表明:OPGW光缆覆冰过载能力低于地线5mm,且受导电率影响较大;不均匀覆冰后地线的不平衡张力易整体超标,而导线仅在耐张塔两侧超标,且主要受力杆件为耐张塔横担主材;在档距大于550m时,脱冰跳跃的相间净空距离即可引起导线间隙放电。     

考虑脱冰速度效应的输电线路脱冰模拟

输电线路的脱冰将对相邻塔产生纵向不平衡张力,严重威胁到输电线路的安全。提出输电线覆冰脱落的有限元模拟方法,与以往的模型试验结果进行比较以验证该方法的准确性,分析导线和地线整档同时脱冰产生的系统响应,最后针对导线的unzipping形式脱冰分析脱冰速度对响应的影响。本文的算例发现,地线整档同时脱冰将产生比导线整档脱冰更大的纵向不平衡张力。在unzipping形式脱冰分析中,脱冰速度越慢,系统响应越接近于静态卸载;脱冰速度越快,系统响应越接近于整档同时脱冰。     

输电导线脱冰跳跃高度实用简化计算公式

冰区输电线路杆塔塔头设计需要考虑绝缘间隙,其与导线脱冰最大跳跃高度直接相关。针对现有导线脱冰跳跃高度计算公式不适用于大档距大高差线路的问题,在已有研究成果基础上,重点针对大档距大高差线路,采用有限元方法模拟研究在不同线路结构参数和脱冰条件下导线的脱冰动力响应,通过分析数值模拟得到的导线冰跳高度与其脱冰前后弧垂差、线路档距和高差等的数据关系,采用非线性回归方法,得到计入线路档距和高差影响的导线脱冰跳跃高度工程适用简化公式,该公式适用于包括大档距大高差的线路,完善了公式的适用范围。     

超高压输电线脱冰动力响应数值模拟

采用ABAQUS软件建立500 kV超高压输电线路的有限元模型,计算分析具有不同结构参数的耐张线路段在各种脱冰工况下导线的动力响应,获得导线冰跳高度和张力随时间的变化,进一步得到脱冰率、覆冰厚度、耐张段档数、档距以及高差等对导线脱冰后最大冰跳高度的影响规律,为重冰区超高压输电线路电线的间隙设计以及杆塔设计提供依据.     

输电线路脱冰跳跃幅值影响因素分析

导线覆冰脱落会引起导线剧烈跳跃摆动,导致输电线路产生严重的机械、电气事故．为明确输电线路脱冰跳跃幅值特性,揭示各项参数及其交互作用对冰跳幅值的影响规律,采用数值模拟方法,建立导线一绝缘子串耦合模型,对冰跳幅值在不同影响因子作用下的变化特性进行研究．结果表明,导线跳跃幅值随着覆冰厚度、脱冰量、导线刚度的增加而增加,其增大的幅度不断上升;冰跳幅值随着连续档数的增加而趋于稳定;悬挂点高差、绝缘子串长度等因素对跳跃幅值影响较小;不同脱冰方式导线跳跃幅值相差较大;风荷载对导线横向摆动影响较大,对竖向跳跃影响较小;交互作用分析过程中,脱冰量对冰跳幅值影响最大,脱冰方式与脱冰量之间的交互作用对幅值影响最小．相关成果为覆冰线路设计及后续覆冰脱落分析研究提供参考借鉴．     

考虑高差覆冰输电线路链式脱冰振动

输电线路是电网中重要的生命线工程,覆冰荷载是输电线路最大威胁之一.以国网新疆电力科学研究院某工程为研究对象,采用商业软件ANSYS进行输电线路的有限元数值仿真,通过冰单元生死技术实现对覆冰输电线链式和同时脱冰振动的有限元分析,得到等高差和有高差下单跨输电线脱冰跳跃高度的规律,由此与缩尺模型实验结果进行对比分析.研究表明:链式和同时覆冰导线脱冰模拟结果与实验吻合很好,相差在5%以内,证明了模拟方式的准确性;在等高差链式脱冰下,随着脱冰速度的增大,最大脱冰跳跃高度会增大逼近到一个定值,而最大轴力不随脱冰速度变化而变化.有高差链式脱冰情况下,保持初张力不变时,随着高差的增大,跨中最大脱冰跳跃高度近似指数增大,链式脱冰的最大跳跃高度逐渐逼近同时脱冰的跳跃高度值;高差的存在会加剧输电线的上翻情况,也即是脱冰跳跃最大高度大于覆冰后的垂度,可以通过降低输电线的初张力或者覆冰厚度来减少上翻情况的发生,降低危险隐患.     

多参数影响下输电线链式脱冰实验研究

输电线路脱冰振动产生的动态张力严重时将会导致线路断裂、倒塌等事故.文章以某工程为原型,基于动力相似理论,设计出1:30的单跨覆冰输电线的缩尺模型,采用电磁铁控制集中重物的释放来模拟覆冰输电线中冰荷载的脱落,开展链式脱冰和瞬时脱冰实验研究.研究了脱冰速度、脱冰方向,以及高差和防振锤单跨输电线脱冰振动响应的影响.结果表明:链式脱冰比瞬时脱冰跳跃高度低;无论是链式还是瞬时脱冰,脱冰跳跃最大高度随脱冰速度减小而减小,最终趋于瞬时脱冰的50％;在有减振装置防振锤情况下,链式脱冰减振效果更加明显;跳跃最大高度随高差倾角的增大而急剧增大,从中间到两边的脱冰方式最不利.     

导线脱冰与风偏相互影响研究

采用有限元数值模拟方法研究导线脱冰与风偏问题.首先介绍了计算模型和荷载的取值;然后研究了脱冰荷载与风荷载共同作用下输电线脱冰跳跃规律与风偏规律,得出脱冰档导线跨中点最大竖向位移在导线风偏脱冰同时作用达到最大,风荷载对导线脱冰跳跃高度影响较小,而脱冰档最大横向摆幅发生在导线先风偏再脱冰情况下,且脱冰时刻应为导线横向位移达最大时刻,此外脉动风作用下导线横向摆幅较静风荷载作用下明显增大;最后研究脉动风荷载作用下不同参数条件的导线脱冰横摆规律,提出的导线脱冰横向摆幅简化计算公式可作为线路和杆塔设计的参考依据.     

覆冰八分裂导线舞动过程中的次档距振动研究

通过数值分析的方法分析了八分裂导线的次档距振动现象和特征,对比数值模拟结果,寻找各子导线间的运动轨迹及舞动幅值的异同。结果表明覆冰八分裂输电线路各子导线在不同风速下舞动的方向均相同,但因受尾流干扰和气动载荷的影响,子导线在不同的风速下振动的幅值不相同,其舞动时程图极限为一个斜椭圆形。可见覆冰八分裂导线舞动过程中的次档距振动,可能会导致子导线发生碰撞,从而对特高压输电线路的安全运行造成危害。研究结果为特高压输电线路的舞动原理的研究和防振提供参考。     

高海拔山区输电线路抗冰主动防灾关键技术研究

输电塔线体系是输电线路的主体,是远程电力传输的主要载体,它是由输电铁塔、导线、地线、光缆、绝缘子、金具等组成。如果线体覆冰就会对引起导线、金属、绝缘子及杆塔的应力超过其极限强度,或者由于输电线路不均匀覆冰、脱冰不平衡张力造成倒塔事故,这种事故在高海拔、低温、终年积雪的地方尤为频发,该文通过分析冰雪对山区输电线路的危害,阐述几种有效防冰抗灾的措施,为提高山区输电线路防冰抗灾能力提供一些参考。     

线路覆冰分层脱落动力响应的研究

覆冰线路脱冰方式影响着整个线路的动力响应.利用数值试验方法建立了4塔5线有限元耦合模型,覆冰模拟采用附加冰单元法.研究了中跨中部导线外侧的两层覆冰同时发生脱落和两层覆冰在不同时刻相继发生不同厚度脱落时体系的动力响应.分析结果表明,两层覆冰在不同时刻相继发生脱落比覆冰在同一时刻一次性全部发生脱落引起的线路回弹高度、不平衡张力和跨中导线张力的最大值分别减小24%,17%和14%左右.当导线运动至最低点而第2层覆冰发生脱落时引起的线路回弹高度最大.无论两层覆冰脱落的时间间隔多长,线路脱冰后最终都具有相同的稳定振动状态.当最外层覆冰厚度占覆冰总厚度的3/5左右时,分层脱冰对线路体系的影响最小.对覆冰分层脱落的研究结果表明,以往采用覆冰一次性全部脱落假设得到的线路脱冰荷载取值偏保守,尚有可供优化的空间.     

输电线脱冰动荷特性试验

以湖南某220 k V输电线工程为原型,基于动力相似理论,设计了缩尺比为1︰20的2档塔线体系试验模型.采用程控方式控制模拟覆冰荷载的脱落,实现了拉链式脱冰和同时脱冰、整档脱冰与局部脱冰等多种工况.通过对这些脱冰工况下输电线的位移瞬态响应进行测试与分析,得出了脱冰动荷系数和跳跃高度随脱冰速度、脱冰量以及脱冰位置等参数的变化规律,这些规律可为塔线体系的设计提供参考.     

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。     

架空输电线脱冰跳跃高度的计算公式

在采用有限元数值模拟方法研究架空高压输电线脱冰跳跃问题的基础上,通过对各种脱冰工况和不同参数情况下导线脱冰动力响应数值结果的分析,得到导线脱冰后最大跳跃高度与导线脱冰前后静止状态的弧垂差之间的定量关系,进而给出连续档最大跳跃高度的工程实用简化计算公式.利用该公式可以简化重冰区高压输电线导线之间以及导地线之间安全间隙的设计,具有重要的工程实用价值.     

输电塔-线体系覆冰增长动态响应分析

为了有效分析输电线路在覆冰作用下的正常运行情况,针对重覆冰区气象特征,结合旋转圆柱覆冰增长模型对覆冰区域进行12 h覆冰荷载及风荷载的计算;根据110 kV输电线路特征,采用梁杆分析单元,建立多塔塔-线耦合有限元模型;然后,基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS进行覆冰增长动态响应分析.研究表明：在12 h覆冰过程中,线路整体运行平稳,不会出现失稳倒塔现象;不均匀档距和高差在顺线路方向对杆塔影响较大,12 h覆冰过程中杆塔塔头最大应力分别超过标准杆塔7.6%和12.2%;转角由于横向力作用对杆塔扭转影响较大,12 h覆冰过程中转角10°和15°的杆塔塔身最大应力分别超过标准杆塔98.5%和192.4%;线路中不均匀档距、转角及高差产生的不平衡张力是导致杆塔变形增大的主要原因.分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和指导线路除冰.     

山区覆冰输电塔线体系风致不平衡张力的研究

针对5B-ZBC1输电塔,采用数值试验的方法研究了风速、初始风攻角、输电塔高差和导线覆冰厚度对输电塔纵向不平衡张力的影响.作用在输电塔线上的脉动风时程是利用谐波合成法生成,通过改变高差、覆冰厚度,获得了输电塔上纵向不平衡张力的变化规律.该规律表明,在一些情况下现行规范规定所计算的输电塔不平衡张力偏小.在此基础上提出了山区这类塔型在雪荷载和风荷载共同作用下的纵向不平衡张力的理论公式.该公式的结果与数值试验结果相比误差在±6%以内,具有较好的精度.     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

三峡地区导线覆冰的特性及雾凇覆冰模型

根据对鄂西及川东地区输电线路因导线覆冰引起事故的调查结果,分析了三峡地区输电线路导线覆冰的基本特征,并从理论上建立了导线的雾凇覆冰模型。