架空输电导线热应力分析与微风振动疲劳寿命研究

发布时间：2020-06-01 21:09

【摘要】：随着我国经济社会的快速发展和电力需求的快速增长,输电网络的压力越来越大,高压大容量输电线路的建设已成为社会发展的趋势。但是,架空输电导线因载流而长期处于高温条件下,受到张力和微风振动的耦合作用,影响线路安全运行。目前,风速、载流量、环境温度、时间变化和导线直径对导线温度影响的研究大多是基于传统的热平衡理论的方法,而很少考虑导线内部间隙的分布、股间接触和空气对流条件对其径向温度分布的影响;另外,由于钢芯、导线内空气和铝股的导热系数不同,导致径向温度分布不均匀,也对导线的应力分布和疲劳寿命产生影响,而考虑导线径向温度场分布对其应力应变特性和微风振动特性的影响的文献鲜有发表。基于以上问题,本文主要做了以下工作:首先,以热平衡方程为基础计算了导线的载流量和复合散热系数,建立了导线温度场有限元模型,分析了风速、载流量、环境温度、时间变化和导线直径对导线的径向温度分布的影响,分析了导线的径向温度对线路动态增容的影响。然后,根据导线的股线轴向张力方程,计算了在张力和温度共同作用下导线的股线应力,建立了导线应力场有限元模型,分析了运行张力和温度对导线的股线应力和应变分布的影响。最后,基于能量平衡法,建立了架空输电导线的能量方程,计算了导线的微风振动的振幅,在此基础上分析了地形、张力、档距和温度对导线微风振动的强度的影响;基于Miner累积损伤原理,根据风速和风向概率分布,并考虑导线的外层铝股的应力,计算了导线的疲劳寿命,分析了地形、运行张力、悬挂点高度和导线温度对导线的疲劳寿命的影响。
【图文】：

逦几米？几十米逡逑根据流体力学原理，如果风以0．５ｍ／ｓ？１０ｍ／ｓ速度稳定地垂直吹向导线，大逡逑量的气流涡流会出现在导线的背风侧，这些漩涡就是“卡曼漩涡”［５１。图１－１是微逡逑风振动原理图，一般来说，当微风振动时，会产生卡曼漩涡和同步效应，其中前逡逑者是风吹向导线，在导线后面产生的涡流，而后者则是基于卡曼漩涡效应，形成逡逑的导线的振动频率、涡流的频率保持在一定频率的现象｜６１。微风振动通常可持续逡逑数小时，当频率在３Ｈｚ？１５０Ｈｚ之间时，可能持续数天，但其最大双振幅通常不逡逑超过导线直径的２？３倍｜７１。微风振动使上下弯曲的振动波分布在输电导线上，这逡逑会导致不同的动弯应力的产生，会造成导线内股与股之间，，层与层之间，导线与逡逑夹具之间产生微动磨损，并且在长期的振动之后，磨损累积到一定程度，将会发逡逑生严重的事故例如疲劳和断线，如图丨－２，导致大规模的断电，造成无法估量的逡逑损失。因此

逦几米？几十米逡逑根据流体力学原理，如果风以0．５ｍ／ｓ？１０ｍ／ｓ速度稳定地垂直吹向导线，大逡逑量的气流涡流会出现在导线的背风侧，这些漩涡就是“卡曼漩涡”［５１。图１－１是微逡逑风振动原理图，一般来说，当微风振动时，会产生卡曼漩涡和同步效应，其中前逡逑者是风吹向导线，在导线后面产生的涡流，而后者则是基于卡曼漩涡效应，形成逡逑的导线的振动频率、涡流的频率保持在一定频率的现象｜６１。微风振动通常可持续逡逑数小时，当频率在３Ｈｚ？１５０Ｈｚ之间时，可能持续数天，但其最大双振幅通常不逡逑超过导线直径的２？３倍｜７１。微风振动使上下弯曲的振动波分布在输电导线上，这逡逑会导致不同的动弯应力的产生，会造成导线内股与股之间，层与层之间，导线与逡逑夹具之间产生微动磨损，并且在长期的振动之后，磨损累积到一定程度，将会发逡逑生严重的事故例如疲劳和断线，如图丨－２，导致大规模的断电，造成无法估量的逡逑损失。因此
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75;O346.2

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本文编号：2692068