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随着电网建设的发展,架空输电线路向着大截面、多分裂的方向发展,线路舞动事故更趋频繁,且舞动的振幅较大,持续时间长,容易造成电力供应破坏,严重影响电力系统安全稳定运行。本文的目的就是采用非线性有限元方法建立输电线的有限元分析模型模拟舞动的过程,研究线路结构、气动载荷、风速、金具对舞动的影响,为输电线防舞设计提供依据。
采用有限元方法对输电线进行了静力找形和模态分析,使用三维空间梁单元模拟相邻档的影响,施加初始张力和重力进行非线性静力分析,得到了输电线的悬链线形状。以静平衡终态为模态分析的初态进行模态分析,得到了单跨单导线、分裂导线前四阶模态。本文的模态分析提出了扭转振型,振型的计算结果可为连续体模型中伽辽金离散时模态函数的建立提供依据。
为深入研究导线结构形式对输电线路系统动力学特性影响,以及导线结构形式及气动扭转载荷对覆冰输电线路舞动规律及幅值的影响,采用ANSYS参数化设计语言编写了计算导线舞动的非线性有限元分析程序,计算得出了系统气动载荷作用下的时间历程曲线。发现:在相同的气象条件下,分裂导线的舞动幅值明显大于单根导线,且分裂数越高,导线越容易在短时间内形成稳态的舞动,应尽量采用单根导线或减少导线分裂数;扭转气动力载荷对面内外舞动的规律及幅值影响不大,对扭转角的幅值有较大影响,因此可忽略扭转气动载荷对断线和倒塔的作用。
采用非线性有限元分析与理论分析相结合的方法研究了覆冰四分裂导线4-8级风速作用下舞动规律、导线动态张力变化规律及幅值。发现风速对导线舞动幅值及动态张力有很大影响,开始时舞动幅值及导线动态张力随风速增加而快速增加,但当风速增大到一定程度时,面内舞动幅值及动态张力的增加开始变得不很明显,动态张力的最大值趋近于二倍的静态张力;导线舞动及张力的变化由稳定的周期运动变为复杂的概周期运动。
采用弹簧阻尼单元和梁单元模拟了阻尼间隔棒,通过计算比较发现阻尼间隔棒在防舞性能上优于刚性间隔棒。同时模拟了相间间隔棒对舞动幅值的影响,通过计算单相四分裂、三相四分裂以及三相四分裂不同的布局,比较其结果发现相间间隔棒可以抑制导线舞动,合理布置相间间隔棒有助于减小输电线的舞动。