亚热带季风气候下220kV架空输电导线多工况风振响应仿真

发布时间：2020-06-03 02:15

【摘要】：输电导线风致振动是造成输电导线危害的重要因素。不同地区气候下导线受到风载荷情况不同,风致振动响应情况也不同。此外,相同环境下的不同工况,导线风致振动响应情况也各不一样,造成的危害不一样。因此针对特定气候下不同工况导线的振动响应分析具有实际工程研究价值。对特定气候下多种工况的输电导线的风致振动状况进行了研究,主要研究内容如下:首先,以九江武宁柘叶1线为研究对象,对该输电导线进行有限元模型建立,利用有限元软件对输电导线进行找型分析得到导线的初始位形,并且推导出了均布载荷下输电导线悬链线方程的计算公式,以计算结合有限元静力分析的方式验证了有限元模型的正确性,为后续对输电导线风致振动响应进行仿真奠定模型基础。其次,依据九江武宁地区当地对30m高处风速统计情况,以随机过程理论中的AR模型为基础,建立了针对该地区的风速模型。通过计算得到了适用于本文研究对象的不同工况下输电导线风载荷公式,得到了风载荷时程图。结合实际气象环境对各工况下导线用傅立叶拟合法得到了风载荷随时间变化的函数表达式,发现随着覆冰厚度的增大,导线受风载荷越大。这为后续针对本文对象在不同工况下不同风载荷的风致振动响应仿真提供了风载荷数学模型。再次,对多种工况的输电导线的风致振动进行仿真。分析了裸导线在时域以及频域内的振动情况;对比不同工况下导线各关键点z向(横向)位移、速度以及加速度和导线y向(纵向)位移在受到风载荷以及撤去风载荷自振衰减状况下振动的差异。发现导线自振频率与其一阶固有频率有关;增大档距以及增加覆冰厚度会加剧导线自振,延长衰减周期,但是随着覆冰厚度增加,z向受风振动会减弱;当导线发生脱冰时,对导线振动影响最大的是自身属性的改变。最后,对多种工况下的输电导线风致振动响应进行了模拟实验。通过搭建简易的实验平台分别对各种工况下输电导线模拟风致振动实验,采集实验数据分析发现当导线处于自振状态时以z向振动为主;并且实验验证了不同工况下导线风致振动仿真所得结论的正确性。
【图文】：

在输电导线的背风侧会形成卡门涡街，导致上下交替变化的力作用在输电导线上，使导线产生振动，如图1.1。图 1.1 卡门涡街形成示意图当输电导线以某一固定频率0f发生振动时，流过的气流也将受到输电导线振动的控制，使得气流在导线后面产生的旋涡有良好的顺序性，其频率也是[5]。当气流在一定范围内变化时，，输电导线的振动频率和旋涡频率都在 附近，导致输电导线在垂直平面内发生振动，形成规则的波浪状往复运动，也就是导线的微风振动[6]。输电导线微风振动的频率一般在3~150Hz之间，最大双振幅一般不超过输电导线直径的1~ 2倍，而且振动的持续时间一般会有数个小时，甚至有的时候会持续好几天。（2）覆冰舞动输电导线舞动是指风对非圆截面导线产生的一种低频、大振幅的自激振动，最大振幅能够达到输电导线直径的5 300倍。舞动的形成有以下三个方面：覆冰、风激励、导线自身的结构参数。覆冰情况是由气温、降雨、线路走向、地理环境共同决定的。

图 2.1 输电导线悬挂曲线受力图到输电导线静止条件下的力平衡方程，有x 0 X 0， cos 0 sin Y ， L
【学位授予单位】：南昌大学
【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：2694133