覆冰輸電線路舞動試驗研究和非線性動力學(xué)分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、舞動是導(dǎo)線覆冰后在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的自激振動。舞動對輸電線路危害極大,引起的動張力會造成相間閃絡(luò)、導(dǎo)/地線斷股、間隔棒撕裂等事故。尤其是在特定氣象條件下,導(dǎo)線舞動的持續(xù)時間可長達幾天,從而有可能導(dǎo)致桿塔構(gòu)件撕裂、失穩(wěn)甚至倒塔等事故的發(fā)生。近年來,隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的迅速發(fā)展和惡劣氣候的頻繁出現(xiàn),電力系統(tǒng)發(fā)生舞動事故的頻率和對電力行業(yè)的危害程度呈顯著增加的趨勢,嚴重威脅著電力能源的正常輸送和國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。因此,深入開展覆冰輸電線路舞動

2、的試驗研究和理論分析、完善輸電線路抗舞設(shè)計方法和提供相關(guān)技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù),有著十分重要的工程意義和經(jīng)濟價值。本研究主要內(nèi)容包括:
  ⑴覆冰輸電線路靜張力對橫擔(dān)作用特征的研究:以在線路覆冰作用下橫擔(dān)嚴重破壞的轉(zhuǎn)角耐張塔為研究對象,制作大比例輸電塔節(jié)段模型,并按相似理論設(shè)計、加工了覆冰導(dǎo)線模型,對輸電塔進行了模擬導(dǎo)線重覆冰狀態(tài)下的靜力加載試驗。同時考慮連接偏心、節(jié)點板和螺栓長度等細節(jié)對構(gòu)件傳力路徑的影響,建立了精細化的中橫擔(dān)有限元

3、模型,對靜力試驗進行全過程的數(shù)值模擬,并與關(guān)鍵截面處的荷載-變形特征試驗結(jié)果進行對比。在此基礎(chǔ)上通過非線性屈曲計算,考察了覆冰導(dǎo)線靜張力作用下橫擔(dān)的失效模式及薄弱環(huán)節(jié)。
 ?、戚旊娝€體系舞動響應(yīng)和桿塔失效機理的試驗研究:以在舞動事故中橫擔(dān)嚴重破壞的某轉(zhuǎn)角耐張塔研究對象,基于模型動力相似原理,設(shè)計制作了彈性邊界條件下的大比例輸電塔節(jié)段模型和能夠模擬不同覆冰參數(shù)的導(dǎo)線模型,并首次研制開發(fā)了模擬覆冰導(dǎo)線舞動的試驗加載裝置。在此基礎(chǔ)上,

4、于試驗室條件下再現(xiàn)了導(dǎo)線舞動時的動張力和運動特征,并進行了不同參數(shù)下的輸電塔線體系舞動試驗,研究了覆冰厚度、舞動幅值以及頻率對塔線體系響應(yīng)特征的影響。同時,結(jié)合實際線路舞動時的特征參數(shù),于試驗室條件下進行了覆冰塔線體系舞動事故的反演,并根據(jù)試驗測得的構(gòu)件動應(yīng)力幅值,計算了輸電塔構(gòu)件在導(dǎo)線舞動作用下的疲勞壽命。最后,綜合分析塔線體系舞動試驗和疲勞壽命的計算結(jié)果,揭示了舞動作用下輸電桿塔失效的根本原因。
 ?、歉脖旊娋€路舞動非線性動

5、力學(xué)與雙參數(shù)分岔分析:建立了考慮豎直向、水平向和扭轉(zhuǎn)向三維非線性耦合效應(yīng)的連續(xù)體覆冰分裂導(dǎo)線舞動方程,并根據(jù)Galerkin積分和Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)準則標(biāo)識系統(tǒng)在參數(shù)空間中的穩(wěn)定域和非穩(wěn)定域。在此基礎(chǔ)上,選定風(fēng)速、初始風(fēng)攻角以及豎向阻尼比為分岔參數(shù),應(yīng)用中心流形降維方法求解了原系統(tǒng)在平衡點附近的約化系統(tǒng)。通過將分岔參數(shù)視為系統(tǒng)狀態(tài)變量的方式,把含參數(shù)的約化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不含參數(shù)的擴張系統(tǒng),并利用規(guī)范形理論分段求解了擴張系統(tǒng)

6、的Hopf分岔規(guī)范形,研究了雙參數(shù)同時變化對導(dǎo)線舞動響應(yīng)的影響。
 ?、确至褜?dǎo)線舞動非線性數(shù)值模擬:基于完全拉格朗日格式,建立了適用于單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線舞動數(shù)值模擬的非線性有限元舞動分析方法。采用具有扭轉(zhuǎn)自由度的三節(jié)點拋物線索單元離散覆冰單導(dǎo)線。對于覆冰分裂導(dǎo)線,在單導(dǎo)線有限元法的基礎(chǔ)上,利用歐拉梁單元模擬間隔棒的運動過程,結(jié)合梁節(jié)點彎曲自由度縮聚法實現(xiàn)了間隔棒與分裂子導(dǎo)線之間的耦合,并運用隨轉(zhuǎn)坐標(biāo)系求解舞動過程中的梁節(jié)點不平衡力。

7、在此基礎(chǔ)上,結(jié)合覆冰分裂導(dǎo)線氣動力測試結(jié)果,研究了風(fēng)場特性、導(dǎo)線覆冰厚度和初始凝冰角對輸電線路起舞機理和響應(yīng)特征的影響。
 ?、扇S瞬態(tài)風(fēng)場下覆冰導(dǎo)線舞動數(shù)值模擬:根據(jù)隨機流場生成方法和三維風(fēng)速功率譜,逐點模擬了覆冰分裂導(dǎo)線周邊的脈動風(fēng)速場,并從瞬態(tài)流場的不可壓縮特征、風(fēng)功率譜、時間相關(guān)函數(shù)以及空間相關(guān)系數(shù)等統(tǒng)計特征證明了風(fēng)場模擬方法的有效性和合理性。運用分裂導(dǎo)線舞動非線性有限元法對輸電線路在均勻流場、一維脈動風(fēng)速場和三維瞬態(tài)風(fēng)場

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