大跨越高壓輸電線路非線性舞動理論研究.pdf

1、高壓輸電線舞動會給電力設(shè)施造成巨大災(zāi)害，但是由于舞動的復(fù)雜性，人們對舞動機理還沒有完全認(rèn)識清楚，因此很難在實踐中對癥下藥做好防治工作。為了保障電網(wǎng)的安全可靠運行，必須對輸電線舞動現(xiàn)象進(jìn)行更深入的研究。本文在總結(jié)歸納前人研究的基礎(chǔ)上，首要任務(wù)是嘗試建立一套研究舞動理論的完整系統(tǒng)方法，各個章節(jié)都圍繞此問題展開。
　　 本文首先研究輸電線的靜力特性，這包括兩個方面：輸電線初始平衡構(gòu)形分析和輸電線靜態(tài)響應(yīng)分析。本文提出將索結(jié)構(gòu)的找形方法

2、用于確定輸電線路的初始平衡形狀，對精確有限單元法進(jìn)行了補充和推廣，使之適用于更復(fù)雜載荷情形和多跨輸電線的找形分析。在確定了輸電線的初始平衡構(gòu)形和張力后，本文采用非線性有限單元法計算輸電線在氣動力作用下的靜態(tài)響應(yīng)，首先運用虛功原理推導(dǎo)出全Lagrange格式的非線性索單元的一般表達(dá)式，然后在此基礎(chǔ)上給出一種具有轉(zhuǎn)動自由度的五結(jié)點空間索單元的具體表達(dá)格式，該索單元不僅適用于分析一般索結(jié)構(gòu)，而且適用于舞動的研究。本文還對用于輸電線找形的有限元

3、方法和用于輸電線靜態(tài)響應(yīng)分析的有限元方法進(jìn)行了比較。通過算例，證實了提出的單元和算法的正確性和可靠性。
　　 本文深入研究了輸電線舞動有限元模型。詳細(xì)推導(dǎo)了三自由度舞動模型的位移關(guān)系，給出了舞動有限元方程的建立方法。對于建立的非線性舞動方程，首先分析傳統(tǒng)時間積分算法無法對其求解的原因，然后在此基礎(chǔ)上給出一種改進(jìn)的時間積分算法，并對該算法的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得出了穩(wěn)定性條件。除了改進(jìn)算法，本文通過分析舞動有限元方程的特殊性，還提出將

4、Runge-Kutta法用于該方程的求解，并給出了具體的求解步驟。由于用改進(jìn)算法或Runge-Kutta法直接求解原方程計算量較大、且過程較復(fù)雜，因此本文在分析輸電線舞動特點的基礎(chǔ)上，采用振型疊加法將舞動方程轉(zhuǎn)換到振型空間中求解。運用建立的有限元模型和給出的非線性舞動方程求解算法對某一實際輸電線路進(jìn)行了自由振動和舞動分析計算，計算結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)吻合較好。
　　 本文深入研究了輸電線舞動振子模型。給出了建立振子模型的一般方法，并統(tǒng)

5、一采用無量綱方程表達(dá)振子模型。采用相對風(fēng)速的精確表達(dá)式重新研究了單自由度舞動振子模型，給出了起舞的臨界風(fēng)速和舞動振幅的解析表達(dá)式，對舞動周期解的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并對該模型與另兩種簡化模型進(jìn)行了比較，指出采用單自由度振子模型分析輸電線舞動時，系統(tǒng)阻尼不可忽略，而相對風(fēng)速可以采用近似表達(dá)式而基本不影響求解精度。提出了一種新的考慮垂向振動和橫向擺動耦合的二自由度振子模型，通過對該模型的分析得出結(jié)論，橫向擺動對引起輸電線舞動起重要作用，同時指

6、出氣動力系數(shù)格式中的常數(shù)項不僅影響輸電線的靜構(gòu)形，也會對舞動產(chǎn)生影響。分別研究了垂向振動和軸向扭轉(zhuǎn)耦合二自由度無偏心振子模型和偏心振子模型，得出了它們的解析解，并在此基礎(chǔ)上研究舞動方程的非線性局部性態(tài)，同時用數(shù)值方法對解析解進(jìn)行了驗證。對研究舞動的振子模型和有限元模型進(jìn)行了比較，指出了各自的優(yōu)缺點和適用范圍。
　　 本文對輸電線舞動的全局性態(tài)進(jìn)行了研究。采用普通胞映射法和Poincare型胞映射法分別對單自由度舞動振子模型和二自