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大跨越高压输电线路分裂导线覆冰舞动的研究

赵高煜  
【摘要】:输电线路不仅承受其自重、覆冰等静荷载,而且还要承受风产生的动荷载。在一定的气象条件下,覆冰导线受稳态横向风作用,可能引起大幅低频振动,即舞动。由于舞动的幅度很大,持续时间长,易酿成很大危害,轻则相间闪络、损坏地线和导线、金具及部件,重则线路跳闸停电、断线倒塔等严重事故,从而造成重大经济损失。为了保证电网的安全可靠运行,要求输电线路有足够的力学方面的安全性和可靠性,因此必须研究分析其动态力学性能。 本文对大跨越分裂输电线路的覆冰舞动进行了多方面的研究。主要包括导线结构动力学模型的建立、静力响应计算、自由振动分析以及舞动分析计算等几部分。导线结构的动力学建模方面分别利用了直接平衡法和虚功原理方法推导导线段的总位移控制微分方程,特别是用虚功原理方法推导了间隔棒和防舞器的位移控制微分方程; 随后在线性化处理的基础上导出了导线段静平衡控制微分方程与动态位移控制微分方程。比较完整地得到了分裂导线结构舞动分析的基本动力学体系,明确了间隔棒和防舞器的非线性约束和非线性动力学特性以及与导线的耦合关系; 并在此基础上推导了导线段的静态有限元方程,根据导线结构的特点引入了新型有限元单元。对经由两种途径建立的方程作了比较分析。为进一步研究大跨越分裂导线的舞动机理和防舞方法奠定了基础。 导线结构的静力响应计算包括导线结构静平衡构形和张力计算。应用无抗弯导线段的控制微分方程,对集中载荷和无集中载荷两种情况,求出了导线静态构形和张力的解析表达式; 并进一步推导了有覆冰和有静态气动力作用时导线静态构形和张力表达式。涉及的方法和结果不但可以用于单档导线的静力求解,更主要的是可以用于三档连续跨越导线的静力求解,并可求出导线构形与张力的准确分布,这些都是现有的估算方法所不具备的,也是进一步对导线作动态分析和舞动分析所必需的。同时,考虑到下一步的自由振动及舞动分析,应用分裂导线的有限元模型对实际大跨越分裂导线进行了静力响应计算。 导线结构的自由振动分析讨论了裸导线和覆冰导线分别在没有安装和安装了防舞器时的自由振动情况。采用了有限元法来求解分裂导线的三维运动的自由振动。对


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