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输电线微风振动及次档距振荡控制研究

叶志雄  
【摘要】: 微风振动和次档距振荡容易导致架空输电线、电力金具的破坏,对输电线的安全可靠运行有着极大的威胁。随着我国特高压输电线路的大规模建设,由于输电线的直径、单位长度重量都有所增大,悬挂点高度也有所增加,因此,更容易发生微风振动和次档距振荡。而特高压输电工程作为影响力十分大的生命线工程,若遭到破坏将导致巨大的经济损失和其他次生灾害。为了保证特高压输电线的安全运行,对输电线的微风振动和次档距振荡控制提出了更高的要求,而目前的计算理论难以满足工程设计的需要,因此急需对这方面进行深入的研究。 本文对输电线的微风振动控制和次档距振荡进行了多方面的研究,主要包括能量平衡法的改进、防振锤-输电线耦合系统的振动求解、阻尼线的耗能计算理论、微风振动的室内模拟试验、分裂导线微风振动的精细计算理论、多分裂导线的最大次档距和阻尼间隔棒优化布置等几部分,具体如下: 首先分析了微风振动传统计算方法能量平衡法计算误差较大的原因,分别从风能输入功率、输电线自阻尼功率、防振锤消耗功率、输电线-防振锤耦合体系的振动求解等方面,对能量平衡法进行了改进,使能量平衡法可以考虑更多的影响因素以提高求解精度。并基于改进后能量平衡法编制了计算机辅助计算程序。 利用奇异摄动法求解了阻尼线的静态大变形方程,得到了阻尼线的静态大变形的形态计算结果。分析了阻尼线的设计参数对阻尼线静力形态、内力状况的影响规律。通过用伽辽金法求解阻尼线的振动控制方程,得到了阻尼线的振动频率和内力响应,给出了阻尼线的耗能计算方法。从而使能量平衡法可以考虑阻尼线的耗能。 为对理论研究成果进行验证,设计进行了微风振动的室内模拟试验。通过输电线自阻尼测试试验,验证了改进后输电线自阻尼计算公式的合理性;通过防振锤不同安装位置时的消振试验,间接验证了优化后的防振锤安装位置计算方法的科学性;通过阻尼线的消振试验,证明了阻尼线耗能计算理论的正确性。 建立了阻尼间隔棒的数学模型,给出了间隔棒的阻抗矩阵和耗能计算公式。然后,推导出了考虑阻尼间隔棒阻抗影响的分裂导线体系的振动方程组(含超越函数和复数),通过求解超越特征值得到分裂导线的振动频率和模态,得到各间隔棒、各段子导线的振幅比,从而使分裂导线可以象单导线一样应用能量平衡法进行精细求解。 分析了分裂导线次档距振荡的影响因素,推导了考虑抗吸附条件、子导线振幅限制和扭转恢复特性要求的多分裂导线最大次档距的计算方法。给出了改进后的阻尼间隔棒优化布置计算方法和计算步骤。并提出了两种新次档距振荡控制方案的构想。 输电线的微风振动控制和次档距振荡控制研究是一个有着重大理论意义和社会经济意义的课题。希望本文的研究能够为特高压输电工程的建设提供一些有益参考,为输电线的微风振动控制设计及次档距振荡控制设计提供更为有效的理论依据,为以后更深入的研究打下一点基础。


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