输电线路动态风偏响应特性及频域计算方法

以多跨输电导线在自重和平均风荷载共同作用下的静力平衡构型和刚度作为计算初始条件,假定在此基础上受脉动风荷载作用的响应属于小变形,采用美国土木工程师学会(ASCE)推荐方法考虑导线气动阻尼,提出了输电线路动态风偏响应频域计算方法,深入分析了振型组合阶数及组合方式对计算结果的影响,并与时域计算结果进行了对比。对比结果表明:导线动态风偏计算中必须考虑多阶振型的贡献,且各振型间的交叉项不可忽略;对于2跨输电导线,考虑前3阶振型的完全二次方结合(CQC)法能满足精度要求;对于5跨输电导线,需要考虑前9阶振型CQC组合。计算结果表明:悬垂绝缘子串风偏峰值脉动响应可达到平均响应的10%以上。因此当前输电线路设计中不考虑风偏脉动值是偏不安全的,是引起大风下风偏闪络的主要原因之一。

连续档架空线路动态风偏的多刚体模型

针对传统静力学分析方法无法计算架空线路的动态风偏响应、有限元方法模型复杂且运算时间长等问题,提出一种大风工况下连续档架空线路动态风偏的多刚体计算模型。首先,将架空线路绝缘子串视为质量均匀分布的刚性直杆,根据导线在风偏均值处摆动固有频率不变原则推导得出导线等效刚体模型,通过来流风与架空线路的相对运动考虑气动阻尼,运用分析力学方法,建立连续档架空线路动态风偏的多刚体模型与计算方法;其次,采用随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport相干函数模拟脉动风场的空间分布,通过工程实例计算架空线路多刚体模型的动态风偏响应变化规律;最后,对多刚体模型进行模态分析,并将多刚体模型与传统静力学方法、有限元方法计算得到的工程实例风偏响应结果进行比较,验证多刚体模型的准确性与效率性。研究结果表明:架空导线自身柔性对绝缘子串风偏响应影响较小,连续档架空线路动态风偏多刚体模型能够准确高效地计算架空线路绝缘子串风偏角的动态响应变化规律,并可以有效呈现连续档架空线路中各个绝缘子串风偏运动的相对位置变化;相较于传统静力学分析方法,多刚体模型可以考虑架空线路风偏响应的动态特性,能够计算最大风偏角;相较于有限元方法,多刚体模型运算时间少,计算效率高。

坡型风攻角下绝缘子串动态风偏响应特性

为系统性研究坡型风攻角作用下绝缘子串动态风偏响应特性,提出一种坡型风攻角下绝缘子串动态风偏计算模型与响应特性分析方法。首先,基于导线风偏摆动固有频率不变原则建立导线等效模型,选取两侧导线作用位置施加外部载荷,构建坡型风攻角下绝缘子串动态风偏计算模型;其次,以动力学方程与功率谱法为切入点,推导得到风偏模型的幅频特性函数与响应均方值,分析绝缘子串风偏均值与摇摆幅值对不同坡型风攻角和不同线路结构的变化特性;最后,通过工程实例与有限元模型进行对比,验证了绝缘子串动态风偏模型与风偏响应特性分析方法的正确性。研究表明:绝缘子串风偏响应均值、摇摆幅值与坡型风攻角呈正比,摇摆固有频率与坡型风攻角呈反比;随风攻角度增加,风偏均值斜率不变,摇摆幅值斜率增加,工程设计中风偏放大系数的选取应考虑风攻角的影响。研究结果可为架空线路防风偏设计提供参考与理论支持。

悬垂绝缘子串动态风偏角有限元分析

有别于传统的刚性直杆静力学法,利用有限元方法计算悬垂绝缘子串在脉动风作用下的风偏角,首先模拟考虑空间相关性的脉动风速时程并转换为风荷载时程;然后利用梁单元模拟输电塔钢结构杆件,杆单元模拟悬垂绝缘子串,索单元模拟输电线,建立塔-绝缘子串-输电线的有限元耦合模型。使用逐步积分法计算平均风激励、一致脉动风激励、不考虑塔-线耦合的脉动风激励和考虑塔-线耦合系统与空间相关性的脉动风激励4种情况下悬垂绝缘子串的最大风偏角度,并与传统的静力学方法对比。分析发现,传统的静力学方法忽略了体系的动态响应,使风偏角偏于不安全;考虑塔-线耦合体系与空间相关性的脉动风激励的模型能够综合各种因素,得到较为合理的风偏角。

山区峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性研究

为了掌握山区峡谷风袭击下输电线路绝缘子串风偏特性,提出了一种山区输电线路峡谷风场模拟方法.首先以峡谷风变化规律和信息为目标,基于Davenport风功率谱,通过待定系数法修正风功率谱,采用谐波叠加法构建了山区输电线路峡谷风场,分析了模拟风场与峡谷实测风场的相关性;然后建立山区输电塔线体系有限元模型,研究了峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性,分析了降雨条件和风攻角对绝缘子动态风偏的影响,探索了峡谷风增大效应,给出了峡谷风袭击下的绝缘子串风偏角计算公式.结果表明:通过待定系数法修正Davenport风功率谱,可实现山区输电线路峡谷风场模拟;峡谷风袭击下的绝缘子串动态风偏角呈现上下波动趋势,且服从正态分布.降雨强度和风攻角越大,绝缘子串的风偏越大.建议峡谷风作用的绝缘子串采用修正的刚体直杆法计算.计算峡谷风袭击下绝缘子串的风偏角时,建议考虑峡谷风动力增大效应.

绝缘子串动态风偏角的分布式监测

输电线路风偏事故频繁发生,对线路正常运行危害极大,尤其在大风天气下经常会造成风偏闪络事故,输电线路的风偏角监测在维护线路正常运行中起到很重要的作用。以一仿真实验为例,对某特定型号的导线和绝缘子进行绝缘子风偏角进行仿真得到动态风偏角与速度关系的表达式,探究不同风速不同覆冰条件下动态与静态风偏角的关系,利用静态风偏角与动态风偏角的关系和动态风偏与速度的关系,有了静态风偏角和风速便可对进行动态风偏中的参数进行估计,从而得到动态风偏的计算表达式。结果显示,该方法可以计算全线的绝缘子串风偏角,实时监测输电线路全线各绝缘子串风偏角的动态分布状况,有利于故障隐患排查为维护输电线路正常运行提供重要防预措施。