輸電線路舞動(dòng)特征參數(shù)及風(fēng)載荷識(shí)別方法研究.pdf

1、輸電線路舞動(dòng)的特征是研究舞動(dòng)防治技術(shù)的基礎(chǔ)。研究舞動(dòng)特征的方法主要有理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)線路現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等。關(guān)于舞動(dòng)的理論和數(shù)值模擬研究成果已有不少，但由于覆冰和風(fēng)場(chǎng)等因素的不確定性，利用實(shí)際或真型試驗(yàn)線路觀測(cè)研究舞動(dòng)已成為重要手段。如何利用實(shí)際或試驗(yàn)線路舞動(dòng)過(guò)程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別線路的舞動(dòng)特征，是一個(gè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。另一方面，輸電線路在風(fēng)載荷作用下可能發(fā)生風(fēng)偏、微風(fēng)振動(dòng)、尾流誘發(fā)馳振和舞動(dòng)等現(xiàn)象，因而確定作用于輸電導(dǎo)線上的風(fēng)載是認(rèn)識(shí)

2、和解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。由于作用于線路上的風(fēng)場(chǎng)為分布隨機(jī)載荷，且導(dǎo)線在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的氣動(dòng)力涉及流固耦合問(wèn)題，要進(jìn)行直接測(cè)量目前存在很大的困難，因而研究利用導(dǎo)線在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)，通過(guò)反演技術(shù)識(shí)別風(fēng)載荷的方法是又一個(gè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本論文首先給出了我國(guó)河南尖山真型試驗(yàn)輸電線路兩個(gè)典型舞動(dòng)事件發(fā)生時(shí)，測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)程和風(fēng)速觀測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速時(shí)程。通過(guò)對(duì)位移和風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行頻譜分析，結(jié)合試驗(yàn)線路段固有頻率和模態(tài)的有限元計(jì)算結(jié)果，表明實(shí)

3、際風(fēng)場(chǎng)中線路發(fā)生舞動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)除了自激振動(dòng)外，還應(yīng)該包含低頻的陣風(fēng)響應(yīng)。由于自激響應(yīng)和陣風(fēng)響應(yīng)的特征不同，有必要對(duì)線路發(fā)生舞動(dòng)時(shí)的自激振動(dòng)特征和陣風(fēng)響應(yīng)特征進(jìn)行識(shí)別，為有效的舞動(dòng)防治技術(shù)的研究提供必要的基礎(chǔ)。
　　為此，結(jié)合隨機(jī)減量法和特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法（RDM-ERA）對(duì)真型試驗(yàn)線路實(shí)際舞動(dòng)事件的特征參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。利用MATLAB編寫(xiě)了參數(shù)識(shí)別軟件，并用梁振動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法和軟件的正確性。利用記錄的舞動(dòng)位移時(shí)程響應(yīng)，識(shí)別出了自

4、激響應(yīng)的頻率、模態(tài)和凈阻尼比。對(duì)識(shí)別出的特征參數(shù)進(jìn)行分析表明，兩舞動(dòng)事件的自激振動(dòng)以面內(nèi)垂直振動(dòng)為主，主振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)于面內(nèi)低階固有頻率；識(shí)別出的凈阻尼比出現(xiàn)負(fù)值，這是由于凈阻尼包括結(jié)構(gòu)阻尼和氣動(dòng)阻尼，氣動(dòng)阻尼為負(fù)阻尼所致。根據(jù)隨機(jī)減量法的原理，得到的隨機(jī)減量函數(shù)為非受迫振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，因而不能識(shí)別陣風(fēng)響應(yīng)參數(shù)。然而，采用 RDM-ERA方法，可以同時(shí)識(shí)別出自激響應(yīng)中能量占優(yōu)和較弱的模態(tài)特征參數(shù)。
　　由于 RDM-ERA方法不能識(shí)別

5、陣風(fēng)響應(yīng)特征參數(shù)，進(jìn)而結(jié)合自然激勵(lì)技術(shù)和特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法（NExT-ERA）對(duì)真型試驗(yàn)線路實(shí)際舞動(dòng)事件的特征參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。編寫(xiě)了參數(shù)識(shí)別軟件，并用梁振動(dòng)對(duì)軟件進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)舞動(dòng)發(fā)生時(shí)的參數(shù)識(shí)別結(jié)果表明，除了自激振動(dòng)響應(yīng)特征參數(shù)外，利用該方法還識(shí)別出了對(duì)應(yīng)于風(fēng)荷載受迫振動(dòng)的響應(yīng)特征，包括遠(yuǎn)小于線路固有頻率的低頻響應(yīng)和結(jié)構(gòu)阻尼比。然而，與 RDM-ERA方法相比，NExT-ERA方法可能漏掉自激響應(yīng)中能量較弱的模態(tài)特征參數(shù)。通過(guò)對(duì)兩種特征參

6、數(shù)識(shí)別方法的原理和識(shí)別結(jié)果進(jìn)行比較表明，兩種方法各有所長(zhǎng)，建議在舞動(dòng)特征參數(shù)識(shí)別中同時(shí)使用該兩種方法。
　　提出一種基于有限元模型和準(zhǔn)均勻 B樣條基函數(shù)分解技術(shù)的一維結(jié)構(gòu)分布動(dòng)載荷時(shí)域識(shí)別方法。利用MATLAB編寫(xiě)載荷識(shí)別軟件，為驗(yàn)證該方法及軟件的正確性，利用數(shù)值仿真方法，對(duì)受空間分布動(dòng)載荷的簡(jiǎn)支梁振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了載荷識(shí)別，并通過(guò)仿真試驗(yàn)研究了噪聲對(duì)分布動(dòng)載荷識(shí)別的影響。
　　在此基礎(chǔ)上，基于分段clamped B樣條曲面的概