输电线路扭转参数及舞动失谐控制

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由于特高压输电线路多出现在自然条件恶劣的地区,且随着大直径导线及多分裂导线的广泛运用,这使得输电线路在覆冰后,经风荷载作用极易引发舞动现象。因此,舞动及相关方面的研究不断受到国内外学者的重视。然而目前对特高压输电线路舞动的研究多集中在导线的扭转参数特征,有关其准确取值尚存欠缺,且关于导线的抗拉、抗弯及抗扭耦合效应亦讨论较少。另外,在对输电线路舞动现象及舞动控制措施的相关研究中,较少根据实测参数对真型线路进行分析,尤其是多分裂输电线路。因此建立准确的仿真模型和研究方法是非常必要的。本文通过试验及仿真模型确定单导线的等效剪切模量精确值,并基于河南尖山真型八分裂输电线路的气动力实测数据、实际结构的材料及几何物理参数,采用有限元仿真软件ANSYS并利用预应力梁单元模拟真实的舞动情况。最后根据失谐间隔棒的作用机理,研究失谐技术对线路舞动的抑制效果。具体研究工作如下:(1)基于荷载下螺旋结构响应的数值方法、钢芯铝绞线扭转试验及仿真结果,提出单导线等效剪切模量的计算方法及综合考虑股间接触、摩擦及泊松效应的仿真模型。本文对7股钢芯铝绞线LGJ/JL/G1A-70/10进行扭转试验得到扭矩转角曲线,并利用有限元软件ANSYS对相应结构进行数值模拟计算。分析表明:相比传统数值方法,仿真模型与试验结果吻合度更好,误差仅3.79%。随着捻角增大,等效剪切模量不断增大。随着铝绞线泊松比的增大,等效剪切模量不断减小。随着绞线层数的增大,等效剪切模量有减小的趋势。(2)利用内外双重迭代搜索法对导线静风下的风攻角进行精确找形,建立ANSYS有限元模型对八分裂输电线路舞动进行准确模拟。本文基于导线找形及舞动荷载理论,以真型八分裂输电线路为例,建立相应的有限元模型并与现场实测数据进行对比,结果表明:本文采用的仿真方法得到的竖向舞动幅值及竖向振动频率与国网河南电力公司电力科学研究院的现场实测结果吻合较好。利用该舞动模型研究发现,随着单导线等效剪切模量增大,由O.Nigol激发的舞动幅值不断减小。(3)基于失谐防舞机理,对不同布置形式失谐间隔棒的抑舞效果进行研究,确定失谐最佳偏移距离及抑舞效果最佳的布置形式。通过设置六种不同布置方案,与传统整体间隔棒进行对比发现:失谐间隔棒具有较好的抑舞效果,且其舞动幅值与偏移距离呈现双曲线的关系。即随着偏移距离的增大,舞动幅值先减小后增大。竖直方向上,六根及八根偏移方案在偏移距离约为0.35m时具有最好的抑舞效果。扭转及水平方向上,五根偏移方案在偏移距离约为0.6m时具有最好的抑舞效果。抑舞效果与单向偏移方向无关,双向偏始终具有更好的抑舞能力。抑制水平及扭转方向的舞动,五根偏移双向失谐方案具有最好的效果,抑舞程度分别为63.6%与52.7%。抑制竖直方向的舞动,八根偏移完全失谐方案具有最好的效果,抑舞程度为68.7%。以上结果表明:抑舞程度与失谐程度呈正相关。失谐间隔棒通过增大固有频率来降低舞动幅值,同时通过增大横向频率与扭转频率的差值,将两者进行分离进而起到防舞作用。
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