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随着我国超、特高压输电线路的快速发展,我国电网已经成为世界上最复杂、规模最大的电网,加之近年来气候变化导致恶劣气象频繁出现,舞动对线路安全运行带来的危害日趋严重。覆冰输电导线的大幅舞动将会造成线路跳闸、金具磨损、停电、绝缘子串破碎、塔臂损坏等事故的发生,因此,建立覆冰输电导线的舞动模型并对其进行舞动特征分析是一项具有理论意义和工程价值的课题。本文主要的研究工作和成果如下:(1)论文首先进行了覆冰四分裂导线和单导线的风洞试验,得到了4种不同工况下导线的气动力系数,为覆冰输电导线舞动特征分析提供了完备的试验数据。接着,采用等效替代法得到关于覆冰四分裂导线中心轴的等效气动力系数,再将该系数与相同条件下进行风洞试验所得的覆冰单导线气动力系数作对比。结合Den Hartog横向驰振机理与Nigol扭转稳定机理,分析了等效后覆冰四分裂导线的稳定区与不稳定区,并将其与单导线的稳定区与不稳区作对比,分析了两者的稳定性。(2)覆冰输电导线的舞动属于自激振动,也是一种典型的几何非线性振动。针对覆冰输电导线的舞动,考察了弯曲刚度、两种不同的离散方法对导线舞动特征的影响。基于哈密顿原理推导了考虑弯曲刚度影响的输电导线振动偏微分方程,采用Galerkin方法将偏微分方程转换为常微分方程。采用两种不同的离散方法将偏微分方程转换为常微分方程,一种方法将动张力应变在长度范围内进行平均,然后采用Galerkin方法,另外一种是直接使用Galerkin方法转换该偏微分方程。针对具体的覆冰输电导线,研究了弯曲刚度以及两种离散方法对导线舞动特征的影响,结果表明对于档距大于300m的大跨度结构,两种离散方法下,弯曲刚度EI对相位、幅值的影响只有0.1%,但该影响随着导线直径的增加而增加,即针对特大直径覆冰输电导线舞动特征分析时,应该考虑弯曲刚度对导线舞动特征的影响。数值法表明:两种离散方法对覆冰输电导线的舞动频率、相位以及幅值都有一定程度的影响,尤其是对频率的影响显著。(3)使用多尺度法研究了覆冰输电导线的舞动特征,提出了求解舞动方程的二自由度平均法,并应用其求解了舞动方程、分析了舞动特征,将两种方法所得结果进行对比,证明了本文提出的二自由度平均法的合理性。参数分析表明:在档距等于300m时,两种离散方法对二自由度常微分方程的非线性系数及耦合项系数有显著影响。多尺度法、平均法的求解过程表明:多尺度法的精度高但计算复杂;平均法的计算简单但其只能得到一阶近似解,针对覆冰输电导线面内外耦合舞动问题的求解无法得出面外的振动位移时程曲线。平均法与多尺度法皆表明:两种离散方法对覆冰输电导线的舞动频率、相位以及幅值都有一定程度的影响,尤其是对频率的影响显著,验证了数值法所得结论的正确性。(4)覆冰输电导线的舞动是导线截面覆冰后产生的偏心耦合振动。基于Hamilton变分准则推导了覆冰输电导线在偏心耦合效应作用下的三自由度舞动方程,研究了两种离散方法对偏心耦合效应作用下覆冰四分裂导线舞动特征的影响。提出了一种等效方法,用于拟合风洞试验得到的等效气动力系数,选取攻角55°进行舞动特征分析。基于数值法得到两种离散方法下的位移响应曲线,通过对比这两者位移响应曲线的差别,发现不同的离散方法对系统的相位、频率以及振幅皆有一定程度的影响。(5)针对以往忽略了温度效应对覆冰输电导线舞动特性的影响,推导了考虑温度效应的覆冰输电导线舞动控制方程。基于悬链法、热应力理论推导了覆冰输电导线的偏微分舞动方程,接着通过Galerkin法将该偏微分方程转化为常微分方程。建立气动荷载模型,将气动力引入舞动方程中,接着采用多尺度求得了覆冰输电导线的位移响应,最后进行了参数分析、算例分析。结果表明:温度对覆冰输电导线面内、面外的频率影响显著,且对覆冰输电导线舞动的幅值也有一定的影响。可见针对覆冰输电导线舞动特征的影响研究时,有必要考虑温度效应对覆冰输电导线舞动特征的影响,研究成果有利于理论建模的完善,也能给予实际工程一定的参考。(6)根据哈密顿变分准则与Galerkin法得到单档覆冰输电导线的舞动方程,以绝缘子串处转动平衡方程为“桥梁”建立了多档覆冰输电导线的舞动方程,最后采用四阶Runge-Kutta求解该舞动方程。数值算例表明:由于导线和绝缘子串之间存在相互作用,使得相等导线的多档输电导线结构中每一档导线的位移响应存在一定的差异,且由于绝缘子串存在不同的偏摆组合形式,不同的偏摆组合下导线的位移响应也存在着一定的差异。本文建立的多档覆冰输电导线模型比传统的单档覆冰输电导线模型更符合实际工况,能给予实际工程重要的参考价值。(7)建立了轴向线性速度反馈控制的覆冰输电导线模型,推导了该模型对应的舞动方程,并将该舞动方程进行了无量纲处理,得到了无量纲化后的舞动方程并进行了解析求解,得到了幅-频响应曲线、一阶解析解,最后研究了控制系数、时滞值等关键参数对主共振响应的影响。结果表明:选取合适的控制系数、时滞值能有效地抑制输电导线的舞动,且不考虑气动荷载时的抑制效果更为明显。考虑气动荷载时,不同的时滞值下响应曲线可能从单值曲线转为多值曲线,不考虑气动荷载时时滞值主要表现为对幅值的影响。本文对不同工况下的覆冰输电导线进行了风洞试验,为分析覆冰输电导线的舞动特征提供了完备的试验数据。系统地研究了两种离散方法、弯曲刚度、温度效应、时滞效应以及相邻档导线之间的作用效应对覆冰输电导线舞动特征的影响,完善了覆冰输电导线的舞动模型和舞动方程,并对工程设计具有十分重要的现实意义。