架空输电线路风偏计算浅析

架空输电线路基本上都在露天场所架设和运行,所以经常受到自然界气候条件变化的影响,大风天气经常引起导线对地或者杆塔替身放电,从而发生风偏闪络。架空输电线路风偏闲络是输电绒路运行维护中经常遇到的问题,所以风偏角的计算在输电线路设计与运行维护中起到很重要的作用,本文详细介绍了悬垂绝缘子串风偏摇摆角的计算和风速反算过程,分析了风偏角与挡距变化,绝缘子串长度之间的关系,并探讨了影响导线风偏的相关因素。     

悬垂绝缘子串动态风偏响应的数值模拟

针对传统计算方法的不足,采用有限单元法计算分析动态风作用下悬垂绝缘子串的风偏．利用ABAQUS有限元软件计算模拟了500kV高压输电线路中悬垂绝缘子串在2个典型阵风和脉动风作用下的风偏．计算结果表明,该2种动态风作用下悬垂绝缘子的风偏大于由现有高压输电线路设计规程方法确定的风偏,这可能是近年风偏闪络事故频发的原因之一．     

紧凑型线路风偏及控制研究

为了解决紧凑型输电线路的相间距离较小,容易造成相间闪络、碰线等事故的问题,建立了紧凑型线路的有限元模型,探讨档距、挂点高差、导线张力和风速等因素对线路风偏的影响,拟合了相间最小距离的简化计算公式.研究了相间间隔棒的布置位置和方式对线路风偏的控制作用,并提出了紧凑型线路防治风偏的布置建议.采用参数化有限元方法,基于VC++和ANSYS,开发了紧凑型线路风偏分析软件,提高了线路风偏的计算效率,为输电线路设计及安全性评估提供了参考.     

利用重锤抑制悬垂绝缘子串风偏的方法及应用

高压送电线路直线杆塔安装重锤是抑制悬垂绝缘子串风偏的简便方法,本文从设计角度介绍悬垂绝缘子串摇摆角的计算方法、安装重锤的方式并通过工程实例介绍在线路改造工程中安装重锤的设计应用。     

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。     

特高压V形复合绝缘子串风偏受力特性研究

从有限元仿真和试验两个方面研究特高压V形复合绝缘子串在风偏时的受力和变形特性,在Abaqus中考虑绝缘子串材料正交各向异性以及几何非线性的影响,利用Python语言建立了V形复合绝缘子串有限元模型.设计实施了V串风偏模拟试验,给出了位移测量中的坐标转化公式,通过试验验证了有限元分析的正确性.结果表明:迎风肢并非均匀受拉,其上部拉应力要大于下部;当背风肢屈曲时,可认为V形串退化为I形串,迎风肢单独承受导线自重和水平风荷载,提出的公式可以估算迎风肢最大拉应力;风力放大系数达到1.4时结构仍然安全,建议可取至1.3.     

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。针对爬坡、翻山和跨谷等三种典型的山区500 kV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30 454.6N,跳跃高度达到最小值为10.02 m,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。     

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.     

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.     

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。     

风荷载作用下输电线路数值模拟及金具失效分析

为了缓解风荷载作用下输电线路动力响应造成电力金具断裂失效等问题,通过建立整体输电线路有限元模型,利用随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport互相关谱,用谐波叠加法模拟沿输电线路方向多点互相关的随机风风速时程曲线,利用模拟的随机风荷载进行输电线路动力响应分析,提取导线单元的应力并换算为传递给线夹的集中力,对比稳定风荷载计算方法,建立随机风荷载和稳定风荷载两种典型的荷载工况,再通过ABAQUS建立整体连接金具有限元模型,研究了输电线路整体结构中连接金具及复合绝缘子的应力情况。结果表明:风荷载对金具应力有显著影响;在整体模型中,球头挂环较其他金具容易发生断裂破坏,其次是线夹和直角挂板;复合绝缘子杆部连接处采用球头球窝连接方式,容易产生较大弯曲应力而造成杆部过渡处断裂。     

输电塔-线体系动力响应影响参数分析

对两相邻直线输电塔进行了非线性动力时程分析,分别分析了绝缘子长度、导地线初始应力和输电塔档距三方面对输电塔-线体系风振响应的变化规律.结果表明:绝缘子长度在6～7m范围内,导地线的初始应力为最大应力的55%左右时,两相邻输电塔的最大位移同时达到最小值,但塔架的最大速度、最大加速度在此过程中的改变量较小,变化趋势不明显;当输电塔的档距为400m时塔顶位移最大.     

随机风场下紧凑型线路非同期摇摆仿真分析

基于FLUENT软件分析了迎风相导线对背风相导线的风压屏蔽作用,获得了迎风相和背风相导线各子导线的风阻系数。利用ABAQUS建立了500 kV紧凑型线路的单档有限元模型,模拟了随机风场下导线的非同期摇摆过程,研究了紧凑型线路的非同期摇摆特性及相间最小距离。研究结果表明,水平布置的两相导线易在非同期摇摆时出现相间距离过小问题,且相间最小距离主要出现在导线弧垂最低点附近。根据研究结果提出了基于相间间隔棒的不同布置及相间-相地间隔棒混合布置的紧凑型线路非同期摇摆防治措施,并对提出的各方案进行了防治效果评估,给出了紧凑型线路风偏/非同期摇摆防治建议。     

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。     

输电塔线体系模态分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了一塔两跨的有限元分析模型,对该塔线体系的模态及固有频率进行了分析,发现绝缘子的结构型式会对输电线的面外振型产生影响,左相及右相导线的绝缘子可随导线面外舞动发生摆动,因此其面外振型可出现左右两跨整体的面外1个半波和3个半波,而中相导线的绝缘子不能发生面外摆动,因此其面外振型只是2个半波或4个半波;塔线体系中存在各相及各跨导线局部模态密集的动力学特性,当覆冰导线发生舞动时,该特性会对塔线耦合体系的受力、变形特征产生重要影响.     

输电塔线体系风洞试验模型的变比例问题分析

塔线体系的气弹模型风洞试验时,由于模型制作和现有风洞尺寸条件的限制,输电塔线体系中塔与线保持相同比例的气弹模型制作难度很大,往往需要将导线跨度的比例缩小.从数值分析的角度出发,以某1000 kV双回路线路的一段塔线体系为例,铁塔保持不变,导线的缩聚比例分别为1.00、0.50、0.25的情况进行顺风向的风振响应时程分析.结果显示,导线比例缩聚后,塔线体系的风振响应基本保持一致,缩聚模型的风洞试验结果可以比较准确的反映原型的风振响应.     

考虑相邻档及绝缘子对输电导线找形的影响

为了精确求解导线在静力载荷下的形状,首先找出考虑相邻档导线及绝缘子对导线端部约束影响的数学模型,并用悬链线法推导了覆冰导线在静力载荷作用下的悬垂函数及弧垂公式,然后用传统数学模型推导的悬垂函数和笔者推导的悬垂函数分别计算同一条覆冰导线在静力载荷下的形状.通过两种悬垂函数计算结果的对比,得出了笔者提出的数学模型优越于传统数学模型.使用ANSYS有限元软件,采用找形分析法对笔者提出的数学模型进行了找形计算,通过与笔者提出的悬垂函数计算结果对比,得出了简便的有限元法也能够精确计算导线在静力载荷作用下的形状.最后用有限元法计算并分析了不均匀覆冰载荷对导线找形的影响,得出了一些有实际意义的结论.