脉动风载下的输电线路风偏计算研究

发布时间：2017-07-19 11:18

  本文关键词：脉动风载下的输电线路风偏计算研究

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【摘要】：我国疆土辽阔,东西部电力资源分布和经济发展不相匹配。架空输电线路作为主要的电能传输方式其发展日新月异,而导线风偏闪络问题严重影响输电线路的安全运行,因此准确、高效地计算导线的风偏响应具有实际的工程意义。本文在导线非线性动力方程中引入了结构运动速度与风速的相对速度,建立了考虑气动阻尼的风偏计算方法。运用谐波叠加法模拟瞬态风场,以此构建作用于导线上的脉动风荷载。针对某实际八跨线路,建立精细化的多跨导线有限元模型,基于非线性瞬态分析方法考察了输电线路自身运动引起的气动阻尼对输电线路风偏瞬态响应的作用特征,结果表明：气动阻尼作用明显,在风偏动态分析中必须考虑气动阻尼的影响。将本文考虑气动阻尼的风偏计算结果与考虑美国输电线路设计规范ASCE No.74给出的气动阻尼公式计算得到的风偏值进行对比。结果表明这两种考虑气动阻尼的方法所得的风偏计算结果基本一致,ASCE No.74中所给出的气动阻尼公式可供日后风偏计算时采用。论文研究了目前常用的风偏计算单摆模型的准确性,对比单摆模型与多自由度连续多跨模型风偏响应结果；考察了动态风荷载作用下多自由度连续多跨模型的风偏总响应与平均响应值,确定了动力放大系数取值；将我国规范中导线风偏的风荷载计算方法与美国、英国及国际通用规范进行对比,并以实际八跨线路为例,计算了各档导线的风荷载值。结果表明：单摆模型相对多自由度连续多跨模型偏于安全,可在实际设计过程中采用；脉动风荷载对于导线风偏影响不容忽视,其荷载的动力放大系数为1.3-1.5；我国在计算风荷载时所取的风速、体系系数与其他国家相差不大,但关于风压不均匀性及动力放大两个因素的综合考虑与他国相比较小,使得我国风荷载计算值偏小。本文提出导线风偏响应的频域分析方法。考虑导线在平均风荷载作用下的几何非线性,以平均风载作用下的位置座位初始状态,进行脉动风载下的频域分析,以某单跨导线为例进行计算；分别取前20阶、10阶、5阶、3阶、2阶模态进行组合,考察其计算精度。结果表明：频域计算结果与时域结果相近,证明本文所述采用频域法计算导线的风偏响应是可行的；当取前2阶模态作为参与模态进行SRSS法组合,其所得的响应值与时程法计算结果的相对差值约5%,精度较好且计算效率最高。研究导线风偏响应的频域特征,发现其响应主要是背景响应,共振响应很小。采用LRC计算处于平衡位置的单跨导线模型等效静力风荷载。将等效目标响应与施加气动力模型的响应进行对比,结果表明：采用LRC法计算得到的导线等效静力风荷载精确度较高。
【关键词】：风偏 气动阻尼 输电线路规范 频域法 等效静力风荷载
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM75;TU312.1
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 我国输电线路的发展状况14-15
• 1.1.2 风偏闪络对输电线路的影响15-16
• 1.2 研究现状16-20
• 1.2.1 国外学者对于导线风偏研究16-18
• 1.2.2 国内学者采用静力方法分析风偏18
• 1.2.3 国内学者采用动力方法分析风偏18-19
• 1.2.4 国内外输电线路规范关于风偏计算风荷载取值的差别19-20
• 1.3 本文主要工作20-22
• 1.3.1 考虑气动阻尼效应的输电线路动力风偏计算20
• 1.3.2 我国规范风偏计算方法及与多国规范对比20-21
• 1.3.3 利用频域法计算导线风偏21
• 1.3.4 导线的等效静力风荷载21-22
• 第2章 考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态计算22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 考虑气动阻尼的动力学公式22-24
• 2.3 有限元模型的建立24-27
• 2.3.1 八跨线路的原始参数24-25
• 2.3.2 有限元模型建立25-26
• 2.3.3 输电线路动力特性26-27
• 2.4 风速的模拟27-31
• 2.4.1 平均风速模拟28
• 2.4.2 脉动风速模拟28-30
• 2.4.3 风速模拟结果30-31
• 2.5 有限元结果分析31-33
• 2.6 采用ASCE No.74所提供气动阻尼33-35
• 2.6.1 ASCE No.74中的气动阻尼公式33-34
• 2.6.2 采用ASCE No.74气动阻尼有限元结果34-35
• 2.7 本章小结35-37
• 第3章 我国规范风偏计算方法及与多国规范对比37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 风偏计算模型讨论38-41
• 3.2.1 弦多边模型38-39
• 3.2.2 刚体直棒模型39-40
• 3.2.3 多自由度连续多跨模型40
• 3.2.4 单摆模型正确性讨论40-41
• 3.3 动力放大系数取值41-42
• 3.4 多国规范线路风偏风荷载的对比42-55
• 3.4.1 输电线路风荷载计算公式42-44
• 3.4.2 荷载系数γ44
• 3.4.3 风速的取值44-50
• 3.4.4 体型系数C_d50
• 3.4.5 η系数对比50-53
• 3.4.6 八跨模型按多国规范计算风荷载值53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 利用频域法计算导线风偏57-72
• 4.1 引言57-58
• 4.2 基于频域算法的导线风偏响应基本理论58-62
• 4.2.1 频域法计算导线风偏响应的过程58-61
• 4.2.2 导线使用频域算法的条件讨论61-62
• 4.3 单跨导线算例62-70
• 4.3.1 单跨导线的有限元建模62-63
• 4.3.2 导线模型施加平均风荷载63-67
• 4.3.3 频域法计算结果67-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 导线的等效静力风荷载72-82
• 5.1 引言72-73
• 5.2 风致响应分类73-74
• 5.3 导线风偏响应在频域上的表现74-75
• 5.4 导线风致响应的计算方法及其对应的等效静力风荷载75-78
• 5.4.1 平均响应75-76
• 5.4.2 背景响应76-77
• 5.4.3 总响应77-78
• 5.5 导线等效静力风荷载求解78-80
• 5.6 本章小结80-82
• 第6章 结论与展望82-85
• 6.1 本文主要结论82-84
• 6.2 进一步工作展望84-85
• 参考文献85-90
• 作者简历90
• 攻读硕士期间科研成果90

【参考文献】

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本文编号：562606