輸電線路脫冰跳躍及馳振特征研究.pdf

1、輸電線路脫冰跳躍是指冰區(qū)輸電線路的覆冰在溫度等自然條件下脫落引起導(dǎo)線的上下振動(dòng)，工程中稱為“冰跳”。冰跳過(guò)程中各相導(dǎo)線之間及導(dǎo)地線之間的間隙可能小于相應(yīng)的絕緣間隙，從而導(dǎo)致閃絡(luò)、燒傷甚至燒斷導(dǎo)線等電氣事故。輸電線路的馳振包括分裂導(dǎo)線的尾流誘發(fā)馳振和覆冰導(dǎo)線的舞動(dòng)，可能導(dǎo)致線路跳閘、碰線、導(dǎo)線與金具的破壞，甚至發(fā)生斷線和倒塔等嚴(yán)重事故。為了保證線路的安全運(yùn)行，研究輸電線路脫冰跳躍和馳振特征具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
　　本論

2、文提出了一種輸電線路最大脫冰跳躍高度的理論算法。通過(guò)建立五檔連續(xù)檔輸電線路簡(jiǎn)化模型，分析導(dǎo)線脫冰前后的能量關(guān)系、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力弧垂關(guān)系、幾何和平衡方程，推導(dǎo)出五檔連續(xù)檔輸電線路在中間檔導(dǎo)線脫冰后最大冰跳高度的簡(jiǎn)化理論算法，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出任意連續(xù)檔輸電線路任一檔脫冰后最大冰跳高度的理論算法。針對(duì)典型線路，將該方法與現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)程方法、理論簡(jiǎn)化算法和數(shù)值模擬方法的結(jié)果進(jìn)行比較，研究了不同參數(shù)條件下該理論方法的適用性，結(jié)果表明，本文理論算

3、法計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果十分接近，比現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)程方法和簡(jiǎn)化理論方法具有更高的精度，比有限元數(shù)值模擬方法更快捷方便，適用于工程設(shè)計(jì)。
　　同時(shí)考慮氣動(dòng)力及電磁力隨子導(dǎo)線間距的變化，研究了分裂導(dǎo)線尾流誘發(fā)馳振數(shù)值模擬方法，并模擬研究了雙分裂導(dǎo)線尾流誘發(fā)馳振特征。利用FLUENT流體動(dòng)力學(xué)軟件模擬得到了不同風(fēng)速下雙分裂導(dǎo)線背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線氣動(dòng)系數(shù)隨兩子導(dǎo)線相對(duì)位置的變化規(guī)律，結(jié)果表明，兩子導(dǎo)線的相對(duì)位置對(duì)背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線氣動(dòng)特性影響明顯。在此

4、基礎(chǔ)上，編寫了同時(shí)考慮氣動(dòng)力及電磁力隨子導(dǎo)線間距變化的ABAQUS用戶單元子程序，對(duì)典型線路的尾流誘發(fā)馳振模擬研究表明，考慮電磁力作用，雙分裂導(dǎo)線更易發(fā)生尾流誘發(fā)馳振；隨著電流強(qiáng)度的增大，馳振運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩子導(dǎo)線的最小間距逐漸減小。進(jìn)一步模擬研究了雙分裂導(dǎo)線在不同參數(shù)條件下的尾流誘發(fā)馳振特征，結(jié)果表明：尾流誘發(fā)馳振運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩子導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)軌跡接近水平橢圓，發(fā)生了次檔距振動(dòng)，且兩子導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的相位差接近180°，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果一致；間隔棒等

5、間距排布比非等間距排布時(shí)更容易發(fā)生尾流誘發(fā)馳振；檔距越大，越容易發(fā)生尾流誘發(fā)馳振，大檔距導(dǎo)線在特定風(fēng)速下甚至可能發(fā)生碰線；尾流誘發(fā)馳振發(fā)生在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)，當(dāng)風(fēng)速超出該臨界范圍，導(dǎo)線不會(huì)發(fā)生尾流誘發(fā)馳振現(xiàn)象；風(fēng)速較低時(shí)，雙分裂導(dǎo)線尾流誘發(fā)馳振以次檔距振動(dòng)為主，隨著風(fēng)速增大，主振動(dòng)模式可能表現(xiàn)為整檔振動(dòng)。
　　利用ABAQUS的網(wǎng)格梁截面定義，給出了一種考慮導(dǎo)線覆冰偏心作用的舞動(dòng)數(shù)值模擬方法。該方法可以準(zhǔn)確描述覆冰導(dǎo)線的截面形狀，

6、并可對(duì)導(dǎo)線和覆冰賦予不同的材料參數(shù)。利用該方法模擬了新月形覆冰四分裂和八分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)過(guò)程，與傳統(tǒng)的圓截面等效方法相比，考慮覆冰偏心作用后，覆冰四分裂導(dǎo)線的位移和扭轉(zhuǎn)角振幅明顯增大，運(yùn)動(dòng)軌跡及振動(dòng)形態(tài)更為復(fù)雜；與覆冰四分裂導(dǎo)線相比，覆冰八分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度更大，覆冰偏心作用對(duì)其舞動(dòng)特征影響較小。此外，該方法還可以給出舞動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線和覆冰截面的應(yīng)力分布，可進(jìn)一步用于舞動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線強(qiáng)度和覆冰破壞分析。
　　覆冰分裂導(dǎo)線的氣動(dòng)特性隨風(fēng)攻

7、角和子導(dǎo)線間距變化，為此，同時(shí)考慮氣動(dòng)力、電磁力和覆冰偏心的作用，對(duì)覆冰雙分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)特征進(jìn)行了深入研究。利用FLUENT流體動(dòng)力學(xué)軟件模擬得到了覆冰雙分裂導(dǎo)線氣動(dòng)系數(shù)隨風(fēng)攻角及兩子導(dǎo)線間相對(duì)位置的變化規(guī)律，結(jié)果表明，相對(duì)位置和風(fēng)攻角對(duì)兩子導(dǎo)線氣動(dòng)系數(shù)影響明顯。進(jìn)一步采用ABAQUS有限元軟件模擬研究了不同參數(shù)條件下覆冰雙分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)特征。結(jié)果表明：隨著電流強(qiáng)度的增大，覆冰雙分裂導(dǎo)線的振動(dòng)幅值減小，電磁力對(duì)覆冰分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)具有一定