覆冰八分裂导线舞动分析及防舞技术研究

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由于特高压输电线路架设环境极为复杂,线路会不可避免地遭遇到易舞环境。且随着多分裂导线的广泛应用,这使得覆冰输电线路在风荷载作用下极易引发舞动现象。导线的覆冰舞动对输电系统的正常运行造成了严重的威胁,给国民经济的发展造成了巨大的损失。虽然国内外对输电线路的舞动及舞动控制方法已经进行了广泛的研究,但针对于覆冰多分裂导线的舞动机理研究及行之有效的防舞措施仍有待完善。因此,在建立精确的有限元模型的基础上,深入研究覆冰多分裂导线的舞动防治技术是具有极为重要的实际应用意义。本文通过从舞动激发机理的角度进行舞动防治研究,对输电线路系统进行稳定性判定分析,研究了两种防舞器对输电线路临界风速的提升效果。并基于河南尖山覆冰八分裂线路段的气动力实测数据和实际线路的相关物理参数,提出了输电线路舞动的有限元模拟仿真方法,利用有限元软件ANSYS实现了对八分裂覆冰导线舞动进行精确模拟。最后根据两种防舞器的作用机理,对比研究了两种防舞器对输电线路舞动的抑制效果。具体研究内容如下所示:1.基于覆冰分裂导线的舞动特性,提出一种双摆型TMD防舞器,并建立导线-防舞器系统的三自由度运动方程。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算出输电线路系统的临界风速,对比研究该防舞器对覆冰输电线路的舞动防治作用。本文对D型覆冰8分裂线路进行了全攻角舞动幅值的计算,选取舞动幅值最大的风攻角作为目标风攻角,以提高目标风攻角的临界风速作为优化目标,对两种防舞器进行了参数优化,并对比分析了全攻角下两种防舞器在最优参数下对于导线系统稳定性提升的效果。结果表明:两种防舞器相关参数都存在最优值,在最优参数下临界风速达到最大;距离最优参数越远,临界风速越小;通过对比分析,双摆型TMD防舞器对覆冰输电线路稳定性的提升更为显著且作用范围更广。2.利用内外双重迭代搜索法对覆冰八分裂导线的风攻角进行静风找形,基于舞动荷载理论,采用有限元软件ANSYS对覆冰八分裂输电线路舞动进行精确模拟。本文以真型输电线路为例,建立相应的有限元模型并与现场实测数据进行对比验证。结果表明:本文采用的仿真方法得到输电导线的舞动幅值及振动频率与河南电科院提供的现场实测数据吻合较好。通过对该线路进行舞动特性分析,判断该线路主要以二阶舞动为主,即主要以Nigol扭转舞动形式发生,并计算得出该输电线路的最大舞动幅值。3.基于TMD调谐吸能机理,研究竖向TMD对覆冰八分裂导线舞动的抑制作用。本文通过对竖向TMD进行了减振性能研究,得出竖向TMD对导线振动具有一定的抑制作用,且抑制效果随阻尼器参数变化而受到影响。进而对采用竖向TMD对覆冰多分裂导线进行了舞动防治研究,以安装竖向TMD后导线系统的舞动幅值与系统阻尼比大小作为评判依据,分析其抑舞效果。结果表明竖向TMD对于输电线路舞动具有良好的抑制效果。4.基于双摆型TMD防舞器的防舞机理,对安装该防舞器后的八分裂线路进行舞动响应的数值模拟,研究该防舞器的舞动抑制效果。根据该输电线路的舞动形式及响应特性,通过与竖向TMD进行对比研究,分析了不同参数下双摆型TMD防舞器对覆冰多分裂导线的舞动抑制效果。结果表明:双摆型TMD防舞器具有良好的抑舞作用,该防舞器的各个参数对防舞效果的影响不同,合理的选择防舞器参数可达到最理想的防舞效果;双摆型TMD防舞器在对竖向舞动起到显著抑制效果的基础上,同时明显的降低了输电线路在水平、扭转方向上的舞动幅值;且竖向TMD减振频带较窄,而双摆型TMD防舞器则相对加宽了其减振频率带的宽度,在更大范围内实现对输电线路的舞动控制,具有对极高的普适性与工程实用性。
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