基于動(dòng)力學(xué)方法的特高壓輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)研究.pdf

1、輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)是一個(gè)國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)心的問(wèn)題，由于振動(dòng)的高頻性和持續(xù)性，日益成為輸電線(xiàn)路重要的安全隱患，嚴(yán)重妨礙著輸電線(xiàn)路的正常運(yùn)營(yíng)和成本降低。隨著我國(guó)“十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目1000kV交流特高壓輸電線(xiàn)路的開(kāi)工建設(shè)，更高、更柔、更大容量的導(dǎo)地線(xiàn)的研制使用，使這個(gè)矛盾愈發(fā)的尖銳起來(lái)，對(duì)輸電線(xiàn)的微風(fēng)防振提出了更高的要求。
　　 有別于傳統(tǒng)的能量平衡法，本文基于動(dòng)力學(xué)方法研究輸電線(xiàn)的微風(fēng)振動(dòng)和防振策略。主要包括：基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的輸電線(xiàn)微風(fēng)

2、振動(dòng)數(shù)值仿真；安裝防振錘前后輸電線(xiàn)受迫振動(dòng)的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)；基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的輸電線(xiàn)-防振錘體系數(shù)學(xué)模型的建立與求解和基于風(fēng)速、風(fēng)向概率分布的輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)疲勞壽命研究等四個(gè)部分。旨在建立一套以疲勞壽命為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的，基于動(dòng)力學(xué)方法的輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)計(jì)算方法。
　　 首先利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論對(duì)輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值風(fēng)洞模擬。不僅通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算再現(xiàn)了經(jīng)典風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且對(duì)微風(fēng)振動(dòng)的自限性機(jī)理進(jìn)行了深入探討。其次，基于振幅先驗(yàn)

3、性假設(shè)，利用微風(fēng)振動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)模型得到了單根輸電線(xiàn)在不同湍流強(qiáng)度下的風(fēng)功率輸入曲線(xiàn)，并擬合了解析表達(dá)式為動(dòng)力學(xué)模型提供了參數(shù)化的激勵(lì)力輸入。
　　 參照IEEE標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)施了輸電線(xiàn)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析定性的對(duì)比了安裝FR-3或是FR-4防振錘后輸電線(xiàn)的振動(dòng)強(qiáng)度，比較了不同防振方案的優(yōu)劣，研究了張力對(duì)輸電線(xiàn)振動(dòng)強(qiáng)度的影響。并研究了防振錘數(shù)目、安裝位置和混合安裝方式對(duì)防振效果的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究為輸電線(xiàn)-防振錘動(dòng)力學(xué)模型的建立

4、與求解提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　 在數(shù)值風(fēng)洞和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了微風(fēng)激勵(lì)力函數(shù)、輸電線(xiàn)等效自阻尼系數(shù)和防振錘阻抗表達(dá)式，建立了一套直接求解輸電線(xiàn)-防振錘體系動(dòng)力方程的微風(fēng)振動(dòng)計(jì)算方法。使用四階精度有限差分格式和迭代算法求解體系動(dòng)力方程得到輸電線(xiàn)各點(diǎn)的穩(wěn)定振幅和動(dòng)彎應(yīng)變值，編制了Fortran計(jì)算程序，與實(shí)驗(yàn)和經(jīng)典算例對(duì)比驗(yàn)證了程序的可靠性。使用該程序?qū)旊娋€(xiàn)-防振錘體系動(dòng)力特性和微風(fēng)振動(dòng)影響因素進(jìn)行了分析。
　　 基于

5、Miner線(xiàn)性損傷累積理論，推導(dǎo)了輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)疲勞壽命計(jì)算公式，將輸電線(xiàn)振幅與疲勞壽命聯(lián)系在一起，并能夠考慮風(fēng)速、風(fēng)向的概率分布和材料的疲勞特性。以疲勞壽命為評(píng)價(jià)指標(biāo)研究了各個(gè)影響因素的參數(shù)敏感性，特別針對(duì)防振錘給出了較優(yōu)的安裝位置，借以經(jīng)濟(jì)合理地指導(dǎo)輸電線(xiàn)的防振設(shè)計(jì)。
　　 輸電線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)由于其復(fù)雜性和疲勞破壞的嚴(yán)重性，多年來(lái)一直吸引廣大學(xué)者的關(guān)注與研究，但是距離完全解決這個(gè)問(wèn)題仍然任重道遠(yuǎn)。希望本文的成果能夠?yàn)檩旊娋€(xiàn)微風(fēng)振