极端工况下几何精确梁理论和CR理论的适用性研究

几何精确梁理论和共旋(Co-Rotational,CR)梁理论是模拟柔性梁动力响应的两种常用方法,然而,针对极端工况下这两种方法的仿真对比分析尚不充分.本文首先基于几何精确梁理论和共旋坐标理论推导了空间大转动梁的刚度矩阵、质量矩阵以及非线性求解的迭代方法,并从理论上讨论了两种方法的特点.最后编写了两种方法的有限元仿真程序,并通过具体算例对比了它们的收敛性和计算效率.仿真结果表明:在足够的单元数量下,两种方法都能提供准确的数值结果;当单元数量较少时,共旋公式的数值结果比几何精确梁理论更精确,并且在相对少量的单元情况下仍能提供足够的精度,这是由于两种方法在迭代过程中对变量更新的不同处理方式所致;在相同单元数量下,几何精确梁理论展现出更高的计算效率和更好的收敛性.本文的研究结果对于柔性梁的数值仿真具有重要的参考价值.

基于子结构模型降阶和数据驱动的杆塔结构损伤识别方法

针对受静载作用的输电杆塔大型复杂结构,提出了一种基于子结构模型降阶和数据驱动的损伤回归识别方法.根据杆塔框架结构特征及其在自重和覆冰静载作用下的变形特征划分子结构,确定结构可能出现的损伤状态,定义损伤指标.采用子结构模型降阶方法对含损伤结构的有限元模型进行降阶,形成降阶模型库.进一步,根据杆塔受载特征确定标定载荷,根据变形及破坏模式设计应变传感器布置方案,采用有限元方法计算降阶模型库中所有模型在标定载荷作用下的变形,构建数据集.以传感器测点的应变数据作为输入,损伤指标作为输出,利用BP神经网络算法建立损伤回归识别模型,实现杆塔损伤位置识别和损伤指标预测,为杆塔结构健康状态实时监测技术开发奠定了基础.

输电导线风致舞动的数值模拟研究

风致舞动是一种大幅值驰振现象,在输电导线覆冰时经常发生,是输电导线最为严重的灾害之一。为了揭示输电导线风致舞动的致灾机理,本文采用基于双向耦合的CFD数值模拟方法对新月形覆冰导线舞动过程进行模拟分析,研究了不同风速下覆冰导线气动负阻尼的变化规律。研究结果发现,覆冰导线在横向不会产生气动负阻尼,而在竖向和扭转方向的部分风攻角下会产生气动负阻尼。当结构气动负阻尼大于结构固有阻尼时,覆冰导线形成发散的自激振动。进一步研究表明,当覆冰导线同时发生竖向和扭转方向气动发散时,扭转振动发散会改变覆冰导线的风攻角,从而改变竖向和扭转方向的气动阻尼。随着扭转方向的气动负阻尼和固有阻尼相抵消,覆冰导线的扭转振动渐渐趋于稳定。

特高压间隔棒线夹的预夹紧非线性仿真及试验分析

线夹松动或脱落是间隔棒失效的重要因素之一,因此对线夹强度的研究至关重要。基于Ansys有限元分析软件,以某加强型间隔棒线夹为对象,采用Mooney-Rivlin橡胶本构模型,以预刚体位移模拟线夹对导线的预夹紧,施加顺线握力和扭握力矩载荷,模拟导线覆冰及风舞等不均匀载荷作用工况,进行非线性有限元仿真分析,并与试验结果对比。结果表明新型线夹强度及夹紧性能符合DL/T1098-2009判定要求,夹头橡胶垫对导线起到了减小磨损和保护作用,同时验证了间隔棒线夹有限元模型的正确性。为线夹结构改进提供了有益的参考,为进一步高压输电线路系统防风舞动仿真研究奠定了基础。

逆变器中杂散电感对IGCT端部电压的影响

为了分析逆变器中杂散电感对集成门极换相晶闸管(IntegratedGateCommucatedThyristor,简称IGCT)端部电压的影响,利用PSpice软件包建立了IGCT的2T-3R子电路模型,得出了考虑逆变电路中杂散电感影响的IGCT端部电压仿真波形。分析对比后可知,在杂散电感较大的情况下,尤其是换流回路杂散电感较大时,会使IGCT输出端产生过电压,严重时会使IGCT击穿。通过安装关断吸收电路,可以有效地降低IGCT的端部过电压。

多回输电线路工频参数测试分析

论述2条同塔四回线路测试项目,并结合实测结果,分析多回路测试特点;另外讨论了同塔架设未贯通部分回路是否需要测试。

脱冰工况下特高压直流输电线路耐张联板动态响应分析

耐张联板作为连接输电线路和绝缘子的重要构件,研究其在脱冰工况下的动态响应特性对保证输电线路安全稳定运行具有重要意义。通过搭建两种典型的特高压直流输电线路耐张段模型,以输电线路的脱冰振动作为荷载来源,对耐张联板的动态响应及屈曲特性进行分析。最后通过试验验证,测量耐张联板的受力以及屈曲状态,评估耐张联板屈曲的临界值。结果表明,耐张联板在脱冰工况下的动态响应特性及屈曲特性主要受输电线路沿线载荷影响,最剧烈的振荡发生在脱冰现象的前20 s内,并且在耐张档脱冰工况下会发生最严重的屈曲变形,应力载荷主要集中在螺栓孔包围的梯形区域内。研究结果为耐张联板的结构优化设计提供了参考依据。

特高压交流输电线路工频参数测量技术及应用

文章提出一种综合抗干扰电压的线路参数测量新方法,该方法基于工频变向量法和并联补偿加压技术,采用单端测量π模型,计及线路分布参数特性,仅用单端测量数据就可得出线路阻抗和容抗间的相互影响。该方法采用变异系数作为判别测量结果是否可信的指标。对特高压交流输电线路工频参数的实测与计算结果表明,文中所提出的方法有效可行。

考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法

针对连续多跨输电线路在瞬态风场作用下的风偏问题,提出考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法。以500 k V三跨线路为对象建立精细化非线性动力学计算模型,用谐波叠加法构建整档线路各点脉动风速场并结合准定常假设模拟作用于输电线路的时变风荷载。考察由输电线路自身运动引起的气动阻尼对动态风偏响应影响,讨论其对绝缘子串风偏角频谱影响。采用美国输电线路设计规范ASCE No.74的气动阻尼进行导线风偏计算,并与所提方法比较。结果表明,输电线路气动阻尼对风偏动态响应影响显著,两种考虑气动阻尼方法计算结果较接近。

架空输电线路及电力电缆工频参数的测量分析

通过对6条500kV(其中有一条是第一条正式投运的紧凑型线路)和6条220 kV架空输电线路,2条220kV及2条110 kV电力电缆的工频参数实际测量结果的分析,比较了这些线路的特点和差异,对产生差异的原因进行理论分析,得出共性规律,并对实际测量中发现的问题及处理措施进行了详细介绍,提出了在实际测量中应注意的问题。

降雨对空气间隙工频闪络电压影响的试验研究

研究雨天气候下导线-塔杆气隙击穿特性对于提高高压输电线路运行可靠性、预防击穿事故具有重要的意义。笔者通过人工模拟试验,研究了实际气隙和塔杆结构条件下,不同降雨强度、雨水电阻率、雨水运动路径等因素对气隙工频击穿特性的影响,得出不同雨强、雨水电阻率和雨水运动路径下导线-杆塔空气间隙工频击穿特性的变化规律。有关结论可为现场防风偏放电和输电线路设计提供依据。

湍流度对覆冰导线气动力特性影响的试验研究

为研究风场湍流度对覆冰导线气动特性的影响,对D形和4种不同冰厚的新月形覆冰导线进行了风洞试验。分别在均匀流、5%和13%这3种均匀湍流场中,获得了0～180°攻角范围内单导线和6分裂导线的气动三分力系数,考察了2种不同形状覆冰时导线截面的气动力特性。同时,根据Den Hartog竖向和Nigol扭转舞动机理,讨论了覆冰导线的驰振不稳定攻角范围,为覆冰导线的舞动计算分析提供了有效参考。研究结果表明:湍流会降低新月形覆冰导线的气动稳定性,其中5%的湍流场对弛振稳定性的影响最为不利。然而对D形覆冰导线而言,湍流仅会略微改变气动力系数的幅值,不会影响其随攻角的变化规律;此外,湍流会提高D形覆冰导线的竖向弛振稳定性,而对扭转弛振稳定性几乎没有影响。

运动雷暴冲击风作用下输电线路风偏的计算方法

雷暴天气中,输电线路风偏闪络事故发生的频度较高,须建立此类风场下合理的风偏计算方法。基于修正后的雷暴冲击风经验模型,考虑了风场的空间相关性和非稳态特性,采用矢量合成法生成了冲击风运动过程中整个输电线路的三维瞬态风场,构建了线路的冲击风风载作用模式。结合非线性有限元分析法,发展了一种运动雷暴冲击风作用下输电线路风偏动态分析的数值模拟方法。针对某500 k V实际输电线路中由8档组成的耐张段,建立了精细有限元模型并对线路的风偏响应进行了非线性瞬态动力求解。计算结果表明:当雷暴冲击风垂直于输电线路移动时,绝缘子串风偏角在几分钟内发生大幅变化,从正向最大值56°左右变为反向最大值20°左右;雷暴冲击风射流直径范围内的多个绝缘子串风偏角峰值均远大于边界层风场中10 m高度同等3s阵风风速下的静力模型计算结果。

三相导线三角形排布线路相间间隔棒防舞研究

采用数值模拟方法研究三相双分裂导线三角形排布线路相间间隔棒防舞方案设计。针对300 m档距双分裂线路,数值模拟分析在风荷载作用下导线的舞动特征,设计4种相间间隔棒安装方案,并对各种方案的防舞效果进行模拟研究,得到设计三相导线三角形排布线路相间间隔棒防舞方案时需同时考虑导线垂直和水平振动模式的原则。基于此原则,设计400 m和500 m档距线路相间间隔棒布置方案,数值模拟进一步验证了其防舞效果。

真型试验线路六分裂导线舞动模拟

采用ABAQUS有限元软件建立真型试验线路塔线耦合体系有限元模型,对安装人工D形覆冰模型的六分裂导线的舞动进行数值模拟,得到导线舞动过程中的位移响应、舞动轨迹、舞动形态和频率以及导线的张力变化等。数值模拟与现场实测结果较吻合,验证了数值模型和舞动模拟方法的正确性。所建立的数值模型可进一步用于舞动特征及防舞装置的评估及优化研究,为试验方案的确定提供依据。

多分裂子导线气动力系数风洞试验研究

为研究多分裂子导线气动力系数随雷诺数和风向角的变化规律,设计制作了模拟真实导线表面粗糙度的二、四、八分裂导线的刚性模型,进行了不同风速和风向角下的高频测力风洞试验,并与国内外已有结果进行对比。结果表明:雷诺数对多分裂子导线阻力系数的影响和单导线是不同的;来流上游子导线对尾流处子导线产生遮挡作用,尾流处子导线阻力系数随遮挡距离的减小而减小;尽管随着湍流度的提高,遮挡效应对阻力系数的影响被削弱,尾流处子导线阻力系数有所增大,但遮挡效应依然明显,子导线尾流干扰对阻力系数的影响不可忽视,建议规范在考虑遮挡效应后增加对子导线阻力系数的规定。

采用预测模型与模糊理论的风电机组状态参数异常辨识方法

为提高风电机组的停运预警能力,基于风电场数据采集与监控(SCADA)系统数据提出了一种风电机组状态参数的异常辨识方法。对参数进行划分,针对与环境因素密切相关的状态参数,采用神经网络建立了状态参数预测模型。采用本机组近期SCADA样本、本机组历史样本和其他机组近期样本分别作为预测模型的训练数据,对比分析了基于3类样本建立的模型的预测精度。采用平均绝对误差对基于本机组历史样本和其他机组近期样本建立的预测模型进行选择。定义了异常程度指标量化预测残差的异常程度。为了提高异常辨识的精度,采用模糊综合评判对筛选出的预测模型的异常辨识结果进行融合。最后,以国内某风场的1.5 MW风电机组为例进行了异常分析,并与传统的风电机组状态参数异常检测方法进行了对比,实例分析结果表明所提出的异常辨识方法具有更高的准确性。

运动雷暴冲击风下输电线风载计算参数

基于雷暴冲击风场风速剖面的经验函数,结合矢量合成法和谐波叠加法,构建了风场参数可变的瞬时运动雷暴冲击风场的计算方法.运动雷暴冲击风为短时强风,采用10 min平均风速无法准确地反映风场的时变特征,因而提出了平均时距较短的3 s阵风风速来表达冲击风场的设计风速.从输电线风载计算参数的实际表征意义出发,对10 m高度的3 s阵风风速、风压高度变化系数、风压不均匀系数、风荷载调整系数与冲击风风场参数的对应关系开展了全面的研究.结果表明,冲击风射流直径对风高系数的影响较大,风压不均匀系数和风荷载调整系数则主要受线路所在高度的湍流度支配,其中前者还与线路的档距有关.在此基础上,采用最小二乘法对风高系数和风压不均匀系数的经验公式进行拟合,给出风荷载调整系数的推荐取值,得到了基于3 s阵风风速的输电导线风荷载的完整表达式,并与中、美规范中常规边界层风场和冲击风场下的输电线风荷载进行对比,结果显示,近地面范围内,前者的计算值要高于后者.

输电线路防风偏闪络限位装置的设计

为有效防治风偏对输电线路的危害,提出了一种能将风偏角限制在一定范围内的柔性抗风偏闪络装置,并研究了该限位装置在导线风偏冲击下对输电塔的影响及其安装方法。基于多档距输电线路风偏瞬态分析结果,根据冲量定理确定了导线风偏的等效撞击模型,在几何缩尺比为1:4的输电塔模型上进行了柔性抗风偏限位装置在不同初始静张力作用下的防撞击试验,确定了限位装置在导线风偏冲击下的附加动张力,并采用数值模拟方法验算了输电塔关键构件在限位装置动张力作用下的承载能力;最后给出了限位装置的初始静张力建议取值和安装方法。结果表明:在导线风偏所致冲击作用下的限位装置动张力放大效应显著,且动张力放大系数随最大风偏角的增大而增大,但随初始静张力的增大而减小;安装抗风偏限位装置后输电塔横担根部的受力状态最为不利,但输电塔构件的极限承载力仍能满足规范要求。

从监造角度分析特高压HGIS壳体焊接接头的无损探伤检测

在特高压产品的制造过程中,但凡某个环节出问题,必会影响到产品的质量,将对特高压输变电工程的长期安全稳定运行埋下隐患。针对这一问题,笔者提出驻厂全过程监造,并对监造高压HGIS壳体焊接接头的无损探伤检测进行了认真分析,并提出制造中应注意的质量问题。说明了全过程监造的重要性。