煤矿输电线路舞动机理研究与治理

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由于我国煤矿分布广、矿用输电线使用广泛,因此在恶劣环境和气候条件的影响输电线路经常发生舞动。输电线作为一种风激励作用下的低频、大振幅的振动,将会对煤矿输电线路造成金具损坏、相间闪络,甚至断线、倒塔等事故,造成极大的经济和社会损失。而且舞动观测困难,难以正确捕捉;线路动力学特性复杂,研究难度很大。它属于振动力学范畴,还涉及到多门学科,如空气动力学、弹性力学、输电线力学、机械、线路电气、气象、覆冰机理、观测技术及计算技术等,是一个边缘学科的研究项目。  本文首先简述煤矿输电线舞动的规律和导致输电线舞动的原因,分析了目前得到大家广泛认可Den Hartog的垂振激发机理、O.Nigol提出的扭振激发机理、偏心惯性耦合失稳理论以及在此基础之上发展起来的其它关于输电线舞动的机理。借助郑煤集团输电线路的相关参数,建立了输电线舞动的动力学模型、单自由度舞动模型和双自由度模型并结合模型给出了舞动零解稳定性的边界条件,并进行了仿真分析。本文接着又借助有限元的思想在 Ansys中建立了输电线的有限元模型,借助有限元模型对输电线舞动方程进行了数值计算,分析了输电线的有限元动力学模型。输电线舞动模型建立之后,利用迭代思想对其模型方程进行求解,根据求解结果与边界条件,建立输电线的索单元模式,对其初形问题进行研究。借助Matlab软件进行编程,完成了输电线发生舞动时的仿真。  最后本文根据郑煤的实际情况,对输电线的舞动提出了两个解决方法,一个是相间间隔棒安装,另外一个是扰流防舞器的使用。完成了对相间间隔棒的设计与安装,分析了扰流防舞器的运行机理及安装方法。并对输电线采用扰流防舞器之后的舞动情况进行了仿真分析,与前面未加防舞器时作了对比,结果验证了扰流防舞器安装与设计的准确性与可靠性,对输电线的防舞起到了良好的效果。
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