档端横向位移激励下架空导线非同期摇摆分析

紧凑型架空导线非同期摇摆是导致相间风偏闪络事故发生的直接原因,然而相对于单相导线与绝缘子的风偏响应研究,不同相导线非同期摇摆的理论研究还较为缺乏,本质机理尚不明确。为探究架空导线非同期摇摆机理,以档端横向位移激励为研究切入点,建立了大风工况下存在档端位移激励的架空导线风偏摆动计算模型,推导得出模型稳态响应的非线性渐进解,直观展现了档端激励与导线响应之间的数学关系,分析了架空导线非同期摇摆的参变响应特性,并通过工程实例绘制了非同期摇摆时程响应曲线图与参变响应折线图。研究表明:档端横向位移激励能改变架空导线风偏运动的重力参数,可以导致不同相导线非同期摇摆现象的发生;架空导线动态响应幅值与档端位移激励幅值、水平张力呈正比,与档距、导线单位质量呈反比。

考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法

刚性直棒法作为一种简单高效的输电导线风偏响应估算方法,在输电工程领域得到了广泛的应用,然而其适用对象仅限于水平风作用下的未覆冰导线,对于线路常遇的覆冰以及二维风荷载情况未能涉及。该文采用阵风荷载包络线法(GLE法)推导了二维等效静力风荷载的表达式,获得了考虑二维风荷载作用的导线风荷载调整系数,通过引入二维等效静力风荷载改进了现有刚性直棒法,改进后的刚性直棒法综合考虑了线路是否覆冰、二维风荷载、上升气流以及风的脉动效应。建立了某真型输电线路的精细化有限元仿真模型,采用覆冰导线气动力风洞试验结果和非线性数值仿真验证了改进后刚性直棒法的准确性。基于改进后的方法分析了竖向平均风速和导线覆冰厚度对风偏响应的影响。研究表明:考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法是一种准确度明显提高的通用方法,能适用于常规的、覆冰的、有上升气流的多种工况下的导线风偏位移计算。

流场-离子流场双向耦合作用下±800 kV高压直流输电线路离子流特性

高压直流输电线路离子流计算是输电线路设计及电磁环境评估的重要内容,线路电晕放电离子流与流体之间的双向耦合是其本质特征,目前离子流计算方法均未考虑离子流场与流场之间的双向耦合特征且难以应用于复杂风环境下的离子流计算。为此,该文考虑流场(流体方程)与离子流场(离子输运方程)之间的耦合关系,建立高压直流输电线路流场-离子流场双向耦合模型,采用有限元方法计算±800 kV高压直流输电线路地面合成电场和离子流密度的分布特性,计算结果与实验测量结果吻合较好,验证所建模型的有效性。基于此,重点研究不同风速和风向对±800 kV高压直流输电线路地面合成电场与离子流密度的影响规律。同时,考虑导线风偏和混合风对离子流场的影响,获得±800 kV高压直流输电线路在风偏和混合风影响下地面合成电场和离子流密度的分布规律。结果可为高压直流输电线路的设计及电磁环境评估等提供参考。

风荷载对导线应力弧垂和绝缘子摇摆角影响研究

风荷载是架空输电线路设计主要的控制荷载之一,与导线力学特性和塔头电气间隙密切相关。与国内之前的输电线路设计规程相比,修订后的设计规程及国际电工技术委员会相关标准均考虑了脉动风效应,因而同一设计风速对应的风荷载并不相同,该变化会对导线弧垂和塔头风偏计算产生影响。基于灵敏度分析方法,研究导线应力、弧垂和绝缘子串摇摆角随风荷载变化的规律,考虑控制气象条件、杆塔Kv值等因素的影响。结合工程实例,分析并验证方法的有效性。

不同风速下导线风偏动力响应分析

架空输电线路风偏是线路在运行中的常见现象,尤其是沿海地区经常会遇到很强烈的大风,在如此强烈的大风下导线会发生严重的不同期摆动导致导线相间距离减小甚至发生相间击穿对输电线路的运行产生了很大的威胁。为此,有必要对导线在强风下的运动特性进行研究,并找到抑制大风不同步摆动的有效方法。在对输电线路风偏的研究中主要采用了一个3自由度多档动态模型来对输电线路的不同风速的风偏动态特性进行研究,获得了输电线路风偏动态特性,找出输电线路在不同风速的最小相间距离与风速的关系,得出了对于不同风速的防治方法,研究表明,在32 m/s风速、线路小档距时,输电线路的风偏不同期摆动的抑制重点为上下相,大档距线路的抑制重点转到了水平相间;而16 m/s风速时,输电线路风偏不同期摆动的抑制重点始终为水平相间。

阻尼间隔棒及双摆防舞器对特高压架空输电导线覆冰舞动特性的影响

为了能够准确分析和评价阻尼间隔棒与双摆防舞器对大截面、多分裂特高压输电导线覆冰舞动的影响,首先依据防舞器分布特性,将二者的质量和转动惯量沿导线分布情况定义为狄拉克函数形式,再通过曲梁建模方法得到描述覆冰导线运动的常微分方程,并以6?1 250 mm2导线为例进行了非线性振动特性分析。结果表明,二者的优化参数及安装、布置方案会对特高压输电导线的分布质量、阻尼特性等结构参数产生影响,进而改变其覆冰舞动特性;对二者进行合理优化设计和配置,不仅可以提高特高压导线系统的临界失稳风速,增强其抗风能力,亦可在实际风速略大于临界失稳风速时获得良好的抑舞特性。为特高压输电线路及其金具的设计工作提供了有效的理论参考依据。

架空电力线覆冰监测系统

针对目前国内外覆冰监测的使用状况和存在的问题,按照实际测量的技术要求,对电力线覆冰监测系统进行了研究。通过对耐张塔张力和微气象参数的测量,在运用力学法分析覆冰测量原理的基础上,结合电力线舞动因素,推导出导线覆冰厚度的计算数学模型。依据实际使用的环境特点,给出了基于微功耗单片机MSP430F149电力线覆冰监测系统的设计方案,介绍了系统的部分硬件电路设计和软件流程框图,并讨论了仪器在软、硬2个方面的抗干扰措施。

超高压输电线路风偏闪络及导线风荷载取值讨论

根据某超高压输电线路风偏闪络故障气象信息和线路结构参数可开展故障分析。当采用规范建议的单摆模型进行检验时,计算结果远小于发生闪络故障的风偏角阀值,据此可认为规范的导线风荷载参数取值以及刚性直棒法存在一定的不安全因素。因此,建立四跨绝缘子串–导线耦合体系有限元模型,采用时域法分析不同基本风速下绝缘子串的风偏角极值,对风偏角极值与基本风速关系式进行拟合以预估风偏闪络的临界风速,并讨论了风压不均匀系数α和风荷载调整系数βc的取值。结果表明:基于拟合公式得到的故障塔处发生风偏闪络的临界风速介于实测事故风速区间内,略小于设计基本风速;刚性直棒法没有考虑风速脉动的影响,且规范规定的风压不均匀系数α偏小,从而大幅低估了大风下导线风偏响应;当α取1.0,βc取1.2时,本线路基于刚性直棒法的计算结果接近有限元动态风偏计算结果,更符合实际情况。

典型覆冰导线脉动气动力特性及风偏响应

为了研究冰风工况下导线的风偏响应特性,通过刚性模型高频天平测力风洞试验,测定D形和新月形覆冰导线气动力的平均值和脉动值,获得两类覆冰导线的气动力系数随风攻角的变化规律,验证了覆冰导线顺风向脉动风荷载的准定常假定.利用频域计算方法,研究两类覆冰导线的风偏特性.从覆冰导线气动力和风偏特性两方面对我国规范相关规定的合理性进行研究.结果表明,覆冰导线气动力受覆冰形状和风攻角的影响很大;D形覆冰导线在某些风攻角工况下的风偏响应接近大风工况下的裸导线;我国现行输电线路设计规范忽略覆冰形状和风攻角等因素对导线气动力的影响,对导线的阻力系数取单一值,这种规定不尽合理;采用规范风荷载计算得到的覆冰导线风偏响应在大多数工况下偏小.

基于传感器技术的导线舞动状态监测评估系统

导线舞动造成的危害一般主要是由于舞动幅值过大,造成相间气隙不够引起相间闪络造成。针对导线舞动的特点,基于传感器技术和虚拟仪器技术,开发了导线舞动状态监测评估系统。舞动监测终端实时测量现场舞动数据,经过单片机处理,通过GPRS无线传输模块发送至上位机完成图形化显示,利用上位机软件搭建的导线舞动状态评估模型实现导线舞动状态的评估。在实验室搭建了导线舞动模拟平台,引入舞动摆角,进行了运行试验。试验结果表明:该系统能有效监测导线舞动状态变化,较准确地完成导线舞动状态评估。

220kV同塔双回双分裂导线防覆冰舞动的研究与设计

笔者从线路设计角度进一步定性分析了单(或双分裂)导线覆冰舞动机理,指出使用现有抑舞装置应注意的问题:单导线(地线)耐张线夹和悬垂线夹的固定导线(地线)结构使固定点附近的单导线(地线)扭转刚度很大,易形成偏心覆冰并诱发舞动,进一步扩散至档内中央;绞制的导线单丝沿线不连续覆冰使单丝应力分布不均,以致导线内部不稳借助风力发生自激震荡。将耐张串高压端直角挂板改为2付内弧U形环,实现环—环连接,使靠近杆塔的单导线能够发生一定角度的轴向扭转;将固定式悬垂线夹和固定式间隔棒夹具分别改为可轴向转动的悬垂线夹和防冰雨型360°回转式线夹,单(或双分裂)导线可绕自身反复发生一定程度的轴向扭转,促使单(或双分裂)导线覆冰均匀,破坏单(或双分裂)导线覆冰舞动的条件。双分裂导线由水平排列改为微斜形排列,改变双分裂导线"索梁"或机翼型水平结构,减少湍流效应,减弱背风侧子导线发生震动、失稳程度,破坏双分裂导线较单导线易舞动的条件;为了满足跳线(串)风偏后对杆塔的安全距离,经放样,线路转角40°以内的外侧跳线均宜加装跳线串支架,其两端设跳线伸缩节。以上"导线松绑"的防舞设计理念已应用于烟台220kV金都输电线路设计中。

导线舞动稳定性机理及其在输电线路上的应用

介绍了从20世纪80年代后期开始我国输电线路防舞动研究的主要成果,阐述了20世纪90年代初建立起来的导线舞动稳定性机理的基本思想,并介绍了据此机理开发的获得国家专利的双摆防舞器和整体式偏心重锤在国内输电线路上的应用情况。该研究成果在治理湖北汉江中山口大跨越500kV超高压输电线路的舞动和其他地区的舞动上发挥了良好的作用。

分裂导线风扭摆的解析与防治

风扭摆在一定条件下会出现大幅度扭摆的情况,甚至引发事故。为此对分裂导线风扭摆的产生机理、不均匀张力对耦合振动的影响等方面进行了重点研究。结果表明,偏心分裂导线的水平横向和扭转振动之间存在耦合,在水平风力的作用下分裂导线水平摇摆运动时容易诱发扭摆运动,而且子导线间的不均匀张力进一步加强了这种耦合效应,因此不均匀张力也是诱发扭摆的重要内部因素。最后根据线路产生风扭摆的内在影响因素,提出了相应的治理措施。

紧凑型线路档距中央线(相)间距离的选取

目前国内采用的单回路紧凑型线路相导线分裂根数多，线（相）间距离小，因而档距中央线（相）间距离的选取就成为决定紧凑型线路技术参数的关键问题之一。文中根据国内外有关资料对500kV紧凑型线路档距中央线（相）间距离的选取进行了综合论述与验证，并结合工程情况提出相间间隔棒的安装建议，如按操作冲击耐压强度的要求，其不应小于4．85m。文章认为，500kV紧凑型线路线（相）间距离采用6．7m时，档距在600m及以下的可不必安装相间间隔棒；档距大于700m时需安装相间间隔棒；档距在600-700m之间时，在风口等特殊地段需安装相间间隔棒。

特高压大截面导线冰跳高度及横向摆幅研究

采用数值模拟方法,分析档距、档数、高差、导线型号等常规参数条件下大截面导线脱冰动力响应特征,并在此基础上研究温度对脱冰动力响应的影响,分析获得大截面导线冰跳高度及横向摆幅的变化规律。研究结果表明:大应力范围下(15MPa^60MPa)导线脱冰后最大冰跳高度与脱冰前后导线静止状态下的弧垂差存在线性关系;最大横向摆幅与脱冰前后静止状态下风偏改变量之间分别在15MPa^25MPa和25MPa^60MPa应力范围内呈非线性和线性关系。在此基础上,采用数据拟合方法给出大截面导线最大冰跳高度和横向摆幅的工程实用简化计算公式,为重冰区线路设计提供指导。

粘合式裹冰输电导线气动力特性及风偏响应分析

在严重覆冰状态下,分裂导线往往因子导线间存在过桥覆冰而形成粘合式裹冰,使输电线路受风面积显著增加和气动外形劣化。为研究粘合式裹冰和子导线独立裹冰二分裂导线的气动力特性,开展了刚性模型高频天平测力风洞试验,并进一步分析了两种覆冰类型下气动力特性对舞动稳定性和风偏响应的影响。研究结果表明:(1)粘合式裹冰导线的升力曲线尖峰突降较小,在大攻角情况下平均升力系数远大于独立裹冰情况;(2)在170°风攻角附近,独立裹冰二分裂导线的平均扭矩系数大于粘合式裹冰情况;(3)两类覆冰导线顺风向脉动风荷载均符合准定常假定;(4)竖向舞动时独立裹冰导线的稳定性更差,而扭转舞动时粘合式裹冰导线更为不利;(5)在相同风速和线路条件下,粘合式裹冰导线的风偏响应较独立裹冰导线大,对导线风偏更不利。

连续多跨输电线路动态风偏特征及计算模型

以500 kV某耐张段8跨线路为研究对象，考虑支座相对高差、绝缘子串长度、几何非线性效应和风致气动阻尼等因素的影响，建立了整个耐张段8跨导线有限元模型。运用谐波叠加法并考虑空间相关性，模拟沿导线各点的脉动风速，研究多跨线路动态风偏响应。通过分析绝缘子挂点风偏响应的功率谱，从共振项和背景项2个方面研究脉动风速对风偏动力放大效应的影响机制。最后比较了多跨线路有限元计算模型和静力单摆模型风偏计算结果。结果表明：（1）静力学单摆模型求得的静态风偏角大于多跨线路连续模型的计算值；（2）考虑气动阻尼效应后，风偏动态响应以背景项为主而共振项可以忽略，相应的动力放大因子为1.1～1.3。

绝缘子串非线性风偏可靠度研究

针对绝缘子串非线性风偏可靠度问题,以500kV的3跨线路为研究对象建立了有限元模型,将其动态风偏响应结果与现行规范《110kV^750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)中的刚性直棒法计算结果进行对比。根据设计随机变量的统计参数和风偏功能函数,运用蒙特卡洛(MC)方法和一次二阶矩方法计算了绝缘子串风偏可靠度指标并分析其影响因素。结果表明:按照一次二阶矩方法和MC方法计算的绝缘子串风偏可靠度指标结果一致。对于给定的杆塔,功能函数的线性化会在一定程度上高估绝缘子串风偏可靠度指标,但随着风速均值的增大,影响程度减弱。按照GB 50545设计的杆塔,其绝缘子串风偏可靠度指标会随着设计风速均值的增大而降低;按照现行规范对杆塔设计时,采用外径较大或者自重较小的导线(新型碳钎维导线),可能会出现其绝缘子串风偏可靠度指标低于目标可靠度指标的情况。

特高压线路脉动风风偏特性及抑制措施仿真

输电线路在运行过程中容易受到风力作用而发生风偏,特高压紧凑型输电线路由于本身相间距离较小,更易受风偏影响出现电气或机械事故。线路在自然环境中运行受到的风载荷具有脉动成分,其对导线风偏的影响不可忽略。因此,有必要研究在包含脉动成分的风载荷作用下线路的运动特性,从而采取有针对性的抑制措施。本研究通过自编程软件仿真计算了稳态风和脉动风作用下三相导线发生风偏不同期摆动时的最小相间距离、不平衡张力和悬挂点张力,研究了风偏特性与风速、档距和冰厚之间的关系。结果表明,与稳态风相比在脉动风作用下可能出现的最小相间距离更小,可能出现的悬挂点张力和最大不平衡张力更大,不利于线路的长期安全运行。脉动风条件下覆冰导线的最小相间距离与档距长度呈负相关,随覆冰厚度的增加先减小后增大。同时发现,对于容易发生相间闪络的大档距架空输电线路,通过合理配置相间间隔棒能够对脉动风作用下覆冰导线的风偏起到较好的抑制作用。