风荷载作用下特高压八分裂导线振动数值模拟

发布时间：2020-04-05 17:54

【摘要】：根据国家电网公司发布的特高压发展规划,到2020年前后,特高压电网将形成以华北、华中、华东为核心,联接我国各大区域电网、大煤基地、大水电基地和主要负荷中心的强大电网结构。我国已建成的晋东南-南阳-荆门1000k V交流特高压输电线路经过河南和湖北两省,向家坝-上海和锦屏-苏州特高压输电线路经过湖北、湖南和安徽等省,1000k V特高压交流线路一般采用八分裂导线。八分裂导线的多分裂数致使线路的电力损耗减少,实现长距离输送电力,但也将导致线路所受的气动参数变得更加复杂,风荷载作用下导线的振动形式也将更加复杂,线路安全受到严重威胁。特高压输电线路的电路输送电荷较大,若线路出现安全事故,将对国民生活产生严重影响。目前,对输电线路风致振动全面系统的研究相对缺乏,尤其是特高压八分裂导线风致振动是输电线路设计和安全运行中急需解决的问题。本文首先利用风洞试验测量八分裂导线的空气动力系数。设计制作了试验模型,试验得到在典型风速下八分裂导线各子导线的升力、阻力和扭矩空气动力系数随风攻角变化的曲线。试验结果表明,背风侧子导线的升力系数和阻力系数受迎风测子导线尾流的影响较为明显,而扭矩系数受到的影响较小;在试验的风速范围内,风速对覆冰八分裂导线子导线的升力系数和阻力系数影响较小,对扭矩系数几乎没有影响;其次,对覆冰八分裂导线的试验结果表明,覆冰厚度越大,子导线的阻力系数和扭矩系数越大,而升力系数随风攻角的变化越大。最后,为了分析不同湍流度对八分裂导线空气动力系数的影响,本文还基于风洞试验测试了不同湍流度下八分裂导线的空气动力系数。试验结果表明,湍流与均匀流作用下的新月形和扇形覆冰八分裂导线气动特性相比,湍流作用下某些子导线升力、扭矩系数会局部突增。此外,风攻角的不同,会致使湍流对各子导线的空气动力系数影响存在较为显著的区别。由风洞试验可知,风荷载作用下的多分裂线路,迎风侧子导线多存在扰流现象,致使风场中各子导线的空气动力系数会有所不同。此外,多分裂导线在风荷载作用下还较易发生次档距振动现象。该现象是多分裂线路所特有的现象,其会导致线路产生“鞭击”现象,严重时甚至会致使导线、线夹和间隔棒等金具出现疲劳破坏。由于线路输送功率较大,若线路发生故障,将对国民经济产生严重的危害。其次,覆冰多分裂线路,在风荷载的激励下易诱发线路舞动现象。该现象的产生是由于风荷载作用时,导线截面受覆冰影响为非圆截面所引起的偏心失稳现象。线路舞动具有低频率,大振幅的特点,因此,常致使线路出现闪络,跳闸等现象,严重时还会使线路断股。另外地,由于受地面粗糙度的影响,越靠近地面,风越不稳定,且湍流度越高。覆冰导线在高湍流风作用下,其舞动将会更加复杂。目前,尚缺乏对特高压输电线路在风荷载作用下该类问题具体研究。为了探究风荷载作用下特高压输电线路振动机理。本文首先根据风洞试验所测得的气动参数,基于有限元软件对八分裂导线的次档距振动进行了相关研究;其次,对覆冰八分裂导线的舞动机理及防舞措施进行了深入的探究;最后,为了获得湍流度对各子导线的空气动力系数的影响,对新月形覆冰八分裂导线进行了风洞试验。并在此基础上,采用非线性有限元方法分析了覆冰八分裂导线的湍流问题,获得舞动幅值随湍流的变化规律。本文的研究成果对八分裂导线的风致振动及防治技术的后续研究具有十分重要的意义。
【图文】：

输电线路

典型输电线路

金具,档距,疲劳破坏,输电线路

导致导线、线夹和间隔棒等金具的破坏[5]，，如图1.2所示。特高压输电线路由于线路输送功率较大，若线路发生故障，将对国民经济产生严重的危害。图 1.2 输电线路次档距振动金具疲劳破坏Fig.1.2 The topical transmission lines
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM72

【参考文献】