电缆架设预紧工况的建模和分析

发布时间：2020-04-13 09:07

【摘要】：输电线路在电力系统中起着至关重要的作用,保证输电线路的正常运作是十分有意义的工作,电缆线的架设问题也是其中之一。目前,国内外对电缆线架设过程的研究较少,施工参数大多数都是由工程经验得出的。传统结构有限元存在处理大变形、大位移运动时低效、不准确以及难以建立准确、复杂的约束等问题,难以对电缆架设问题进行研究。本文将结构有限元和绝对节点坐标法结合,建立了一种新型的输电塔线系统耦合动力学模型,将其应用到电缆架设预紧和预紧时电缆线断裂工况的研究。建立了空间复杂杆系输电塔架的结构有限元动力学方程和基于绝对节点坐标法的电缆线动力学方程;推导了输电塔架和电缆线非线性耦合滑动副、铰接副约束方程及其雅克比矩阵,利用增广拉格朗日乘子法建立了混合模型的输电塔线系统动力学方程。仿真结果表明:本文建立的动力学方程具有较高的精度以及更能准确地描述电缆线的大变形大位移和塔架电缆线间的非线性耦合约束。对张紧机对电缆线的作用原理进行分析,建立了一种基于迭代求解的预紧运动学约束方程,实现了对预紧工况的仿真,得到了不同预紧线速度和预紧角度时所需的最大预紧力;介绍了系统存在多个滑动副时的求解方法,实现了对系统存在多滑动副情况的仿真。对预紧过程中电缆线断裂的两种工况进行了计算,对本文方程计算断裂时保证系统能量守恒的步长进行了探讨,得到了输电塔架和电缆线的响应,可以指导防护用跨越架的设计。利用模态综合法对输电塔架进行自由度缩减,得到缩减后的系统动力学方程。对两塔架两根电缆线同时预紧、断裂的工况进行计算,将缩减后的系统动力学方程的计算效率、结果和不缩减方程对比,结果表明:缩减后系统计算效率能大幅提高,并且能保证一定的精度;得到了可供参考的预紧力和输电塔架响应。
【图文】：

图 1-1 张力架线示意图张力架线有如下优点：架空的电缆线不会与地面发生摩擦损伤电缆线的外皮；适应复杂地形能力强，可以在跨越山区、湖泊、铁路，不影响正常的政治经济生活。张力架线机械自动化程度高，施工效率高，节省人力物力。本文主要针对张力架线过程中预紧工况进行动力学建模，分析预紧过程中输电塔架的运动和电缆线的运动，以及在预紧过程中电缆线发生断裂时输电塔架的响应和电缆线的响应。1.2 国内外研究现状1.2.1 输电塔线系统研究现状输电塔线系统具有结构复杂（杆件较多，多为超静定结构）、种类多样等特点。输电塔系统的研究内容主要包括输电塔系统的静力分析、动力分析两方面的内容，输电塔的研究方法，主要包括线性有限元法和非线性有限元法。其中非线性有限元法也包括了杆件的几何非线性和杆件材料的非线性。国内外许多学者对输电塔线系统进行了大量的静、动力学方面的研究。Al-Bermani 采用普通薄壁梁单元对输电塔架进行了分析，考虑了几何和材料

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表 3-3 电缆线参数弹性模量(GPA)截面半径(m)线密度(kg.m^-1)100 0.013 2.35缆线采用 5 个 ANCF 缆索单元，ANCF 计算电缆线构型如图 3-5 所示。，可以看到运动过程中，重力势能转为动能和弹性能，0.3 秒之前动能变弹性能变化较慢。0.3 秒之后，，动能趋于平缓，重力势能只要转化为弹统能量守恒。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75

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本文编号：2625840