沿海输电导线风压数值模拟及风洞试验分析

为研究沿海地区不同输电导线所受风压和风荷载随方位角的变化规律,首先,通过数值模拟探究了20 m/s风速下低风压导线的风压分布;然后,通过风洞试验得到6种方位角工况在10,20 m/s风速下低风压导线和钢芯铝绞线的阻力,并换算成垂直导线和顺导线方向的风压;最后,分析了考虑试验修正的多方位角工况下低风压导线的风荷载分配系数,为规范中风荷载分配系数的取值提供一定参考。试验结果表明:数值模拟的风压与风洞试验测得风压较接近,误差为3.7%;与普通钢芯铝绞线相比,低风压导线能有效降低风压,风压降低率在30%左右;风压和风荷载随方位角的变化规律一致,方位角小于30°时,低风压导线和普通的钢芯铝绞线所受荷载差别不大,方位角大于30°时,两种导线所受荷载差别较大。

基于有限元的低风压导线结构分析

为降低导线表面风压,近年来国内外学者提出了多种截面形状的低风压导线,验证了其工作机理。然而,鲜见涉及低风压导线结构稳定性、放线跳股问题的研究。为此,利用ANSYS软件对架空线路中常用的钢芯铝绞线和低风压导线建立有限元模型,并结合导线放线时发生跳股的判定依据,分析不同工况下,导线放线时的位移云图与结构稳定性,探讨最外层导线根数与导线结构稳定性的关系。结果表明,低风压导线最外圈导线根数越多,导线结构越稳定。

低风压导线流场仿真设计及应用

设计了一种新型低风压导线,应用开源CFD软件OpenFOAM5.0,运用大涡模拟(LES)方法对低风压导线在雷诺数为1.4×10^5工况下进行了三维仿真计算、流场分析,探究了低风压导线的减阻机理,并通过风洞试验验证了仿真设计的可信度。设计的低风压导线于2017年成功应用在国内首条低风压导线工程中。

节能型低风压导线在沿海110 kV台风区线路的应用

传统架空导线的风阻系数及电阻损耗较大,在沿海台风区应用该类型导线,不利于线路工程造价的降低及线路可靠性的提高。以国内首条应用节能型低风压导线的输电线路——福建莆田忠田~湄洲110kV线路工程为依托,通过风洞试验研究节能型中强度全铝合金低风压导线风阻系数的变化规律并确定工程风阻系数取值,结合沿海强风区输电线路的特点,从输送容量、电阻损耗、电气性能、力学及荷载特性、工程投资、经济性评价等方面对节能型低风压导线与铝包钢芯铝绞线、全铝合金导线、铝合金型铝绞线等传统导线进行了系统分析及比较。研究表明,中强度全铝合金低风压导线在节能降阻、减小导线及杆塔风荷载、降低工程投资等方面具有明显优势,在沿海台风区具有良好的应用前景。此外,根据低风压导线特殊的结构型式,研制出配套的接续金具。

基于有限元的低风压导线发热分析

架空输电线路作为电力系统的重要组成部分,能否安全运行直接影响到供电可靠性。低风压导线作为一种新型导线,降低了输电线路在大风工况下的风压,对架空输电线路安全运行具有重要意义。导线温度是限制线路输送容量的主要因素,为了对该导线进行更全面的评估,利用有限元仿真电磁-流固传热多物理场耦合模块,搭建导线与周围空气域的模型。考虑到绞线内部气隙及集肤效应和日照生热对导线径向温度分布的影响,采用将热源按层进行划分的方法,对低风压导线与常规导线在自然对流和强制对流两种情况下的温度特性进行对比分析。结果表明:导线的低风压构造使得在相同工况下的径向温差比常规导线要小很多,且基本不受对流条件的影响,而铝截面积的增加使得在相同载流量下发热减少,整体温度也低于常规导线。

低风压架空导线的风致响应特性

低风压导线是一种旨在降低导线本体风阻系数的新型导线,目前国内外针对风载荷下低风压导线的静力特性和动力响应的研究几乎空白。为此开展了低风压导线和常规钢芯铝绞线的风洞试验,获得了其风阻系数变化规律。基于“悬链线方程”,研究了不同风速下低风压导线与常规钢芯铝绞线风偏角和弧垂的差别。利用Davenport谱获得了脉动风速时程,建立架空导线档距中点风致动力响应模型,对比分析了脉动风激励下低风压导线和常规钢芯铝绞线档距中点的位移时程、位移轨迹和频率特性。结果表明:低风压导线在高风速区的风阻系数和风偏角均小于半径相同的常规钢芯铝绞线。低风压导线最大弧垂与常规钢芯铝绞线的差别与风攻角相关。在高风速区相同的脉动风激励下,低风压导线与普通钢芯铝绞线的档距中点位移轨迹和频谱相似,但低风压导线振动幅值较小。

低风压导线与常规导线对比分析

架空输电线路是电力系统的重要组成部分,而导线则是输电线路设计的一个重要课题。导线受到的风压约占整个输电线路的50%~70%,合理选择导线,降低导线风压对于降低线路造价及提高线路运行安全具有重要意义。以500 kV输电线路为基础,对低风压导线与常规导线在输送容量、电磁环境、电气性能和力学性能等方面进行对比分析,并对两种导线的本体投资进行比较,确定低风压导线不仅能够大幅度降低导线风压,而且在电气性能、力学性能及导线本体投资方面均优于常规导线。因此,在输电线路中应用低风压导线具有明显优势。

低风压导线的发展和测试

在对低风压导线的机理进行简单阐述的同时,介绍了低风压导线的测试和发展过程。目前日本开发的低风压导线,在保持导线表面接近光滑圆周的基础上,通过设计不同表面沟槽的方式,降低导线的阻力系数。随着低风压导线设计的不断成熟,日本已经开发出了低风压低噪音的架空导线,以及具有良好抗积雪性能的绝缘输电线。对于低风压导线的测试,日本在风洞试验的基础上,通过实地线路的测试,验证了风洞试验数据的有效性。我国低风压导线的研究起步较晚,但发展较快,应用前景广阔。

节能防腐型低风压导线在大风区输电线路的应用探讨

大风区输电线路常选用节能防腐型低风压导线,以确保输电线路安全稳定运行,降低输电线路电能损耗。以位于内蒙古大风区的满洲里至海北500 kV工程为例,针对导线的电气性能、机械性能、经济性等,对同规格钢芯铝绞线、节能防腐型低风压导线进行比较和分析。研究发现,节能防腐型低风压导线具有优异的输送能力和节能效果,在大风条件下,可有效降低线路风压、杆塔荷载,具有优异的耐腐蚀性能,经济效益较高。

低风压架空导线的风洞试验

采用风洞试验测试一种外形为凹弧面的低风压导线与相同直径钢芯铝绞线等的风阻力系数,比较在不同风速下风阻力系数的变化,检验所设计的低风压架空导线在不同风速条件下,风阻力系数的变化。

低风压架空导线的设计与试验验证

针对凹弧式低风压导线,通过外层单线凹弧深度来改变导线的风阻系数。通过设计不同凹弧深度模型导线进行风洞试验,获得最佳风阻系数的导线结构参数,并以此制作真实导线进行风阻系数验证。以JL/G1A-630/45同直径的凹弧式低风压导线为例,获得了满足低风压导线风阻系数要求的凹弧深度,真实导线的风洞试验结果与模型导线一致。

新型低风压导线结构参数对风阻系数影响规律研究

有效降低架空导线的风阻系数是确保线路安全稳定运行以及应对极端自然条件的关键。为获得更低风阻系数的导线,基于表面形状设计原理,文中研究了具有不同表面结构的架空线,并利用风洞试验研究了架空线开口角、小圆弧曲率半径和凹槽深度等因素对导线风阻力系数的影响。获得了在不同风速范围内,随开口角和小圆弧曲率半径不同,导线风阻力系数的变化规律。实验结果表明,开口角为90°,曲率半径为3.5 mm的架空线,在35 m/s的风速时的风阻力系数最小,并且对其进行了多种力学性能测试,结果均符合标准要求。该结构显著降低了架空线的风压,对提升线路安全性具有重要意义。

低风压导线在输电线路中的应用

低风压导线最外层采用型线结构及V形沟槽形式,相对普通导线,具备优良的抗风阻性能。对输电线路中低风压导线与普通导线在机械、电气和经济特性等方面进行对比研究,得出了在高风速地区应采用低风压导线的结论。虽然导线的费用有所增加,但由于其良好的机械性能,工程的本体投资却反而减少,全寿命周期费用也较低,且随着风速越高,经济效益越明显。

多风速段下低风阻导线抗风能力实验分析及导线截面结构参数优化

低风阻导线具有能降低导线所受风载荷、减小输电线路杆塔所受风压的优点。前期研究发现改变低风阻导线截面凹槽参数会对导线抗风能力造成一定影响,但针对具体的导线截面结构优化并无深入研究。以四种不同截面形状的低风阻导线为研究对象,在风洞试验条件下探究了导线风阻系数在不同风速段中的变化规律,并利用基于最小二乘的多项式曲面拟合对风阻系数与截面结构参数之间的相关性进行回归分析。研究结果表明:在低风速10~20 m/s区间内,导线风阻系数随导线截面粗糙度增加而线性递增。在中高风速20~60 m/s区间内,导线风阻系数由截面凹槽数量与凹槽半径构成的双变量二次函数决定。通过求解函数最小值可以获得低风阻导线的优化截面结构参数。基于纳维-斯托克斯方程在COMSOL有限元软件中模拟了优化导线模型与普通低风阻导线模型在多风速段中的流场变化情况,验证了本次拟合结果的有效性。

输电线路低风压导线的开发研究

低风压导线是一种架空输电线路用的特种导线,随着输电线路建设的快速发展,低风压导线逐渐受到关注。运用流体力学理论对低风压导线的运行机理作了分析。介绍了日本住友电工公司和日本古河电工公司研究开发的低风压导线的结构形式和导线风洞试验结果,分析比较了各自开发的低风压导线和普通导线的特性区别,列举了日本古河电工公司开发的低风压导线的工程应用情况。另外,分析并提出了开发低风压导线的关键问题。

采用低风压导线的输电塔线体系风致响应研究

建立了低风压导线的的力学模型,在此基础上建立了采用低风压导线的输电塔线体系分析模型和运动方程。采用非线性迭代对低风压导线的受力平衡方程进行求解,在非线性迭代过程中建立了位移收敛准则。以沿海地区某实际输电线路为对象,研究了低风压导线对塔线体系抗风性能的影响。结果表明:采用低风压导线可以有效地减小输电塔线体系的风致响应和风致应力。

福建省内110 kV输电线路工程低碳设计探讨

依托福建省内110 kV输电线路工程设计竞赛进行低碳设计,从路径选择、导地线选型、绝缘配合及防雷接地、杆塔设计、基础设计、电缆设计、环水保设计等方面进行设计亮点分析,探讨适合福建省内特色的低碳设计技术,为今后福建省内类似工程的建设提供参考。