输电线路导线分层力学特性仿真及试验研究
发布时间：2021-09-15 14:58
为准确评估输电线路导线分层力学特性,以钢芯铝绞线LGJ240/30型导线为研究对象,考虑张拉荷载下各层股线的轴向应变、轴向扭矩、层间挤压力,提出了输电导线分层张力、应力、应变的精细化计算方法;根据导线实际绞制状态建立有限元分层实体模型,考虑实际导线的层间接触状态,通过建立刚性点连接刚性面的方法施加轴向张拉荷载,模拟运行张力作用下导线各层间的应力分布规律;选取与有限元仿真长度、型号相同的导线进行了分层应力-应变测试试验,根据应力-应变测试试验原理进行了测量。结果表明:张力为额定拉断力的25%时,第三层铝股线最大应力为1992MPa,第四层铝股线最大应力为1652MPa;导线在承受张拉荷载作用时,两层钢股线承受主要张力,且各层钢股线、铝股线轴向应力变化呈由内至外逐渐变小的趋势。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
股线伸长前后展开图Fig.2Expansionbeforeandaftertheextensionofthestrand
46MPa；轴向应力最大值为位于约束端头的1号截面，为312MPa；沿长度方向输电导线各个截面最大轴向应力之间相差较大，与约束端的距离越近，应力值越高。由此可知，实际运行中，可将接续金具、耐张线夹等出口处视为输电导线约束端，由于约束端导线所受应力更大，其更易发生磨损、疲劳等现象。图610号截面应力云图Fig.6Section10stresscloudmap图7各截面最大轴向应力变化Fig.7Axialstresschangeofeachsection4.4圆周方向分层应力分析输电导线受轴向张力作用下圆周方向应力云图如图8所示，各层股线沿圆周方向分层应力变化曲线如图9所示(以中心轴处为0°，顺时针方向为正)。由图8可知，输电导线各层股线应力分布不均匀，且导线两端受约束的影响，圆周方向应力较大，跨中应力较校由图9可知：针对输电导线的各铝股线层(即图中的第3层、第4层)，铝股线第3层的圆周方向应力最大值为132MPa，铝股线第4层的圆周方向应力最大值为128MPa；内层铝股线的圆周应力高于外层铝股线圆周应力；在层间挤压力作用下，内层铝股线受力变形更大，故在张力荷载作用下，内层铝股线也具有断股失效的可能性。图8导线圆周方向分层应力云图Fig.8Wirecircumferentialdirectionstresscloud
第4期祝贺，等：输电线路导线分层力学特性仿真及试验研究1813i层单股线m、n、l方向的弯矩；Fx、Fy、Fz分别为第i层单股线m、n、l方向的张力分量；K、K′、K′′分别为第i层单位长度股线在m、n、l方向的外力矩分量；τ为第i层股线单位长度股线产生的扭转率；κ、κ′分别为第i层股线在m、n方向上的曲率半径。图1第i层股线受力图Fig.1Thei-thstrandisstressed表1股线横截面上的力(力矩)的方向余弦Tab.1Cosineofthedirectionofforce(torque)onthecrosssectionofthestrand方向(direction)力(力矩)(force(torque))N+dN(G+dG)N′+dN′(G′+dG′)T+dT(H+dH)m1-τdsκ′dsnτds1-κdsl-κ′dsκds1取无限微元段ds，各受力方向余弦见表1。微元段ds处于平衡状态，股线所受合力在l、m、n方向投影为0，则l、m、n方向投影的合力矩也为0，故l、m、n方向的力、力矩平衡方程为dddd0ddddd0dddd0ddddd0dddd0dddd0yxNNtsTvFsGGsHsKsNsNNsTsFsGGsHsKsNsTNsNsKsHGsGsKs(1)股线伸长前后螺旋角变化微小，故将螺旋角变化忽略不计，则股线m、n方向的曲率半径以及l方向的扭转率为2=0sin=cossinRR(2)式中：为变形前的螺旋角；R为股线节圆半径。承受荷载后股线所受拉力及沿各方向的力矩为2sπmnTErGEIGEIHGJ(3)式中：为第i层股线轴向方向的应变；E为股线弹性模量；I
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨越架空输电导线钢芯铝股应力分布特性研究[J]. 黄欲成,陈池,汪峰,赵全江,柏晓路,文晓旭. 三峡大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]扩径导线在扭转载荷下股线应力的有限元分析[J]. 董玉明,万建成,王孟,司佳钧,刘龙,杨光甫. 电力科学与工程. 2015(11)
[3]国网“十三五”规划电网面临的安全稳定问题及对策[J]. 覃琴,郭强,周勤勇,秦晓辉. 中国电力. 2015(01)
[4]张力分层特性在架空导线强度上的应用研究[J]. 蔡斯特,倪海云,芮晓明. 南方电网技术. 2009(S1)
[5]架空线路导线疲劳试验振动幅度的研究[J]. 王洪,柳亦兵,董玉明,徐鸿. 中国电机工程学报. 2008(04)
[6]扩径导线在超高压大容量输电工程中的应用展望[J]. 刘本粹,喻新强,郭日彩,刘泽洪,衣立东,张强. 电网技术. 2007(21)
[7]铝绞线和钢芯铝绞线的应力分析[J]. 郑黎阳,孙祖志. 武汉水利电力大学学报. 1997(03)
本文编号：3396288
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
股线伸长前后展开图Fig.2Expansionbeforeandaftertheextensionofthestrand
46MPa；轴向应力最大值为位于约束端头的1号截面，为312MPa；沿长度方向输电导线各个截面最大轴向应力之间相差较大，与约束端的距离越近，应力值越高。由此可知，实际运行中，可将接续金具、耐张线夹等出口处视为输电导线约束端，由于约束端导线所受应力更大，其更易发生磨损、疲劳等现象。图610号截面应力云图Fig.6Section10stresscloudmap图7各截面最大轴向应力变化Fig.7Axialstresschangeofeachsection4.4圆周方向分层应力分析输电导线受轴向张力作用下圆周方向应力云图如图8所示，各层股线沿圆周方向分层应力变化曲线如图9所示(以中心轴处为0°，顺时针方向为正)。由图8可知，输电导线各层股线应力分布不均匀，且导线两端受约束的影响，圆周方向应力较大，跨中应力较校由图9可知：针对输电导线的各铝股线层(即图中的第3层、第4层)，铝股线第3层的圆周方向应力最大值为132MPa，铝股线第4层的圆周方向应力最大值为128MPa；内层铝股线的圆周应力高于外层铝股线圆周应力；在层间挤压力作用下，内层铝股线受力变形更大，故在张力荷载作用下，内层铝股线也具有断股失效的可能性。图8导线圆周方向分层应力云图Fig.8Wirecircumferentialdirectionstresscloud
第4期祝贺，等：输电线路导线分层力学特性仿真及试验研究1813i层单股线m、n、l方向的弯矩；Fx、Fy、Fz分别为第i层单股线m、n、l方向的张力分量；K、K′、K′′分别为第i层单位长度股线在m、n、l方向的外力矩分量；τ为第i层股线单位长度股线产生的扭转率；κ、κ′分别为第i层股线在m、n方向上的曲率半径。图1第i层股线受力图Fig.1Thei-thstrandisstressed表1股线横截面上的力(力矩)的方向余弦Tab.1Cosineofthedirectionofforce(torque)onthecrosssectionofthestrand方向(direction)力(力矩)(force(torque))N+dN(G+dG)N′+dN′(G′+dG′)T+dT(H+dH)m1-τdsκ′dsnτds1-κdsl-κ′dsκds1取无限微元段ds，各受力方向余弦见表1。微元段ds处于平衡状态，股线所受合力在l、m、n方向投影为0，则l、m、n方向投影的合力矩也为0，故l、m、n方向的力、力矩平衡方程为dddd0ddddd0dddd0ddddd0dddd0dddd0yxNNtsTvFsGGsHsKsNsNNsTsFsGGsHsKsNsTNsNsKsHGsGsKs(1)股线伸长前后螺旋角变化微小，故将螺旋角变化忽略不计，则股线m、n方向的曲率半径以及l方向的扭转率为2=0sin=cossinRR(2)式中：为变形前的螺旋角；R为股线节圆半径。承受荷载后股线所受拉力及沿各方向的力矩为2sπmnTErGEIGEIHGJ(3)式中：为第i层股线轴向方向的应变；E为股线弹性模量；I
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨越架空输电导线钢芯铝股应力分布特性研究[J]. 黄欲成,陈池,汪峰,赵全江,柏晓路,文晓旭. 三峡大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]扩径导线在扭转载荷下股线应力的有限元分析[J]. 董玉明,万建成,王孟,司佳钧,刘龙,杨光甫. 电力科学与工程. 2015(11)
[3]国网“十三五”规划电网面临的安全稳定问题及对策[J]. 覃琴,郭强,周勤勇,秦晓辉. 中国电力. 2015(01)
[4]张力分层特性在架空导线强度上的应用研究[J]. 蔡斯特,倪海云,芮晓明. 南方电网技术. 2009(S1)
[5]架空线路导线疲劳试验振动幅度的研究[J]. 王洪,柳亦兵,董玉明,徐鸿. 中国电机工程学报. 2008(04)
[6]扩径导线在超高压大容量输电工程中的应用展望[J]. 刘本粹,喻新强,郭日彩,刘泽洪,衣立东,张强. 电网技术. 2007(21)
[7]铝绞线和钢芯铝绞线的应力分析[J]. 郑黎阳,孙祖志. 武汉水利电力大学学报. 1997(03)
本文编号：3396288
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