MODES COMPUTATION AND ANALYSIS FOR LONG MULTI-SPAN BUNDLE CONDUCTORS OF POWER TRANSMISSION LINES WITH GALLOPING CONTROL DEVICES

A new type of element which is suitable for solving the modes of thegalloping long multi-span bundle conductor structures is presented. The element is composed of allsub-conductor segments between two spacers. Based on the linearized governing differential equationsof the conductors, the mass matrix and stiffness matrix of the element in consideration of theconstrained relations imposed on the conductors by spacers are derived. The dynamic characteristicsof the galloping control devices can be directly added to the element. The modes for an actual powerline structure are computed by using the element formula and FEM procedures, where seven cases ofdifferent galloping control device allocations are considered. Compared with the measured data, themethod is shown to be reliable and effective. Analysis and discussions of the computational resultsare given. Some hints that are helpful to further investigation of galloping are also obtained .

狭窄空间内矩形导体电流测量装置设计与优化

针对狭窄空间内矩形导体电流测量,提出了一种基于霍尔元件椭圆阵列的电流测量装置,通过理论计算和有限元仿真分析确定了相对最优的阵列分布,搭建实验平台并通过实验验证了该方法的可行性,以及导体偏心状态下电流测量的有效性,同时分析了导体偏心状态下的电流测量偏心误差。仿真和实验结果表明,椭圆阵列电流测量装置在行业允许的±1%误差限内,允许导线X轴偏心-4.1~4.1 mm,Y轴无限制;且与传统电流测量装置相比,重量减轻82.9%,安装占用面积减小72.4%,对狭窄空间的适用性更强,为新能源产品轻量化、小型化、持续降本提供了技术支持。

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆研制

为解决严苛环境下,尤其是北方冰雪环境下,架空线路面临的抗冰雪性能弱、承载能力不足及机械强度低下等问题,设计了新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆。采用高强度平行集束结构和抗冰雪设计,导线横断面设计为类机翼结构,绝缘层与连筋在上表面形成相切的平面或微弧形接触面,并将加热元件嵌入连筋下方,有效减少冰雪在导线表面的附着,显著提高了融冰效率。同时,针对圆形导体的局限性,设计了铝合金异形导体及其加工工艺,结合型线分层微压缩绞合技术,将紧压系数提升至97%以上,外径缩小约5%,成本节省约1.5%,抗拉强度提高30%以上,显著提升了架空线路在复杂条件下的综合性能。研制的产品为复杂地理环境和气候条件下的电力输送提供了高效、经济且耐用的解决方案,对提升架空线路的整体性能具有重要意义。

500kV输电塔线覆冰有限元计算

输电塔线体系中铁塔的纵向不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一。为有效计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力,应用梁单元和索单元建立了输电铁塔和导线整体单元模型。对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算后得到了铁塔的不平衡张力,分析了铁塔的最大压应力随覆冰厚度的变化,指出了档距差和高差角过大是产生不平衡张力的主要原因,而不平衡张力致使铁塔失稳。复沙Ⅰ线500 kV输电线路的实例计算表明该方法非常有效。

覆冰输电导线舞动非线性有限元分析

以考虑扭转的索单元来模拟输电导线,分别采用空间杆单元和平面梁单元模拟绝缘子串和间隔棒,利用Newmark-β法并结合Newton迭代法计算了单跨单导线、多跨单导线及分裂导线的舞动响应,分析了舞动振幅与风速的关系。研究结果表明:几何非线性有限元方法比线性有限元方法得到的舞动振幅大;多跨单导线舞动振幅大于单跨单导线;分裂导线舞动振幅大于单导线振幅;单跨单导线和多跨单导线均存在某一风速使得舞动振幅达到最大,而分裂导线舞动振幅则是随着风速增大而增大。

基于一种新单元的分裂导线静力响应有限元求解

针对导线运动的小应变和小转角特点 ,结合间隔棒对导线的约束关系 ,推导建立了单元刚度矩阵。应用获得的公式体系对实际大跨越分裂导线进行了静力响应计算 ,提出了分裂导线的一种新型有限元模型 ,与实测结果比较 ,本文的方法和结果可靠。

1000kV交流紧凑型输电线路舞动计算分析

导线舞动是影响架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一。由于紧凑型输电线路相间距离较小,1000kV特高压紧凑型输电线路可能采用10分裂或12分裂的导线,其发生舞动的几率可能大于采用其它多分裂形式导线的线路,因此进行1000 kV特高压紧凑型输电线路的舞动计算分析是十分必要的。为此,建立了1000 kV特高压紧凑型输电线路导线-绝缘子串耦合有限元模型,进行了不同工况下(包括风速、覆冰厚度、档距等)的舞动计算分析,总结了其发生舞动的条件,分析得到了导线舞动时最小相间距离与风速、覆冰厚度、档距等因素之间的变化关系。所得到的相关计算结果及结论可为1000 kV特高压紧凑型输电技术的具体工程设计、建设及运行维护提供参考依据。

特高压交流线路的单档和3档舞动计算分析

目前针对单档和3档的多分裂导线舞动模型适用范围的研究较少。因此针对特高压交流线路的特点,建立了单档和3档特高压交流输电线路导线-绝缘子串耦合有限元模型,对线路舞动进行了仿真计算,分析比较了单档和3档模型计算结果的差异。结果表明,无论是三角形排列还是水平排列的特高压交流线路,当左右2档无高差时,单档模型的计算结果与3档模型差异较大(平均差异率为10.9%);当左右2档存在较大高差(50m)时,单档模型的计算结果与3档模型的计算结果较符合(平均差异率为4.9%)。由于单档模型两端的固定约束产生了较大约束力,而3档模型左右2档大高差对中档线路的约束也起到加强作用,其计算条件与单档模型的固定约束较为接近,因此两者计算结果也较符合。说明当左右2档存在大高差时,可采用建立单档模型替代3档模型进行舞动仿真计算,可在不影响计算结果偏差的情况下达到控制计算时间成本的目的。

分裂导线-间隔棒体系的覆冰脱落研究

针对分裂导线–间隔棒体系的覆冰脱落问题,建立了该体系的有限元模型。分析了分裂导线与合成单导线的覆冰脱落的差异以及分裂导线和间隔棒数量不同时的单根子导线脱冰时的响应。结果表明,如果要将n分裂导线的覆冰脱落问题用合成单导线来等效,则合成单导线的直径和覆冰厚度均要扩大n倍;脱冰档内的响应最大值一般位于最靠近跨中的位置;通常用来抑制导线舞动的间隔棒布置方法和布置间距的建议,在抑制由脱冰引起的间隔棒扭转问题上也有较好效果。

覆冰导线舞动数值仿真分析

利用ABAQUS有限元分析软件,通过欧拉梁单元的自由度释放和设置材料为不可压缩,模拟得到具有扭转自由度的覆冰导线的索单元,进一步利用用户自定义单元模拟覆冰导线所受的阻力、升力和扭矩空气动力载荷,分析了覆冰导线的舞动现象,并通过覆冰单导线与覆冰双分裂导线舞动模拟算例验证了方法的正确性。模拟研究了覆冰初始攻角、线路档距和导线初始张力等因素对覆冰导线舞动的影响规律。所得结果对覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值。

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析一:静力响应分析

针对高压输电线路在强台风气象下频繁出现风灾事故的现状,提出了系统进行塔-线耦联体力学模型和行为仿真研究的工程需求。文中以曾经出现严重风灾事故的广东某220 kV输电线路为研究对象,在ANSYS有限元开发环境下,建立了接近现场运行的三基塔两回线塔—线耦联体系有限元模型。在设计风速下,进行了0°、45°、60°、90°风向角时耦联模型静力响应分析,并将铁塔静力响应结果与拟静力计算结果进行对比。研究发现,考虑塔—线耦联影响后,铁塔位移较规范拟静力分析有所增大,增大幅度不超过3%,但单元最大轴向应力较拟静力分析增加显著。总体结论表明现行铁塔抗风设计方法存在一定局限性,在强台风区域中的具体应用有待进一步改进。

分裂式覆冰导线横风弛振响应研究

针对导线分裂布置的输电线路覆冰弛振原因、影响条件及响应参数,采用3自由度有限元模型建立分裂导线弛振分析方法。模型包括弛振作用的竖向、水平和扭转分量,非线性气动荷载,非规则导线覆冰几何外形。忽略导线间子跨运动,将分裂导线模拟成等效的参考曲线。分析基于四分裂导线,采用考虑大位移的3自由度有限元法。结果表明,导线的动力特性是能否发生弛振以及振动强度的决定性因素;在均匀流场中,驰振的发生受风初始攻角、初始覆冰角度和风速等参数的共同影响和限制,并伴随扭转振动,振动迹线主要为竖向或水平向椭圆;在湍流场中驰振的主频率分量受湍流密度的控制并有放大作用,驰振随湍流强度的增加而线性增加,与频率分量无关。

分裂导线舞动非线性有限元分析方法

采用具有三个平动自由度和一个扭转自由度的三节点等参单元离散覆冰导线,用欧拉梁单元离散间隔棒,考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线非线性有限元方程。用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程。编制了相应的计算程序,通过算例验证了方法和程序的正确性。进一步利用由风洞实验获得的覆冰四分裂导线的空气动力系数,模拟研究具有不同档距的覆冰四分裂线路的舞动,为舞动防止技术的研究提供参考。所给出的方法适用于任意多分裂导线的舞动研究。

电磁悬浮技术中导体元受电磁力的计算

为解决电磁悬浮技术中导体受电磁力的估算 ,用解析函数拟合级数代替对无穷级数求和 ,得到圆电流磁场的解析解 .分析了圆电流非近轴区导体元所受的电磁力 ,讨论了在圆电流和螺线磁场中导体受趋肤效应的影响 .为电磁悬浮设计线圈提供一种简明的计算方法 .

压装组件中圆柱形母线的部分电感计算方法

在大功率变换器、高压直流断路器等含有电力电子器件的设备中,大尺寸圆柱形压接母线与平板压装型器件配合使用的现象普遍存在。开关器件通断过程中,母线杂散电感的存在会造成强烈的电磁干扰,因此对母线杂散电感的准确提取进而对其结构进行优化配置是设备电磁兼容设计中必不可少的环节。该文针对压装组件中的圆柱形母线导体,基于部分单元等效电路理论提出了一种通用的部分电感计算方法。该方法采用圆环单元进行剖分,考虑了圆形截面导体的中心对称特性,与传统矩形和三角形剖分方法相比,计算结果更为准确且可有效提高计算效率。此外,现有的基于圆环单元剖分的计算方法仅适用于导体的长度大于横截面直径的情况,而文中所提方法不存在任何限制条件,具有普遍适用性。结合典型算例并通过与几种现有计算方法对比,验证了所提计算方法在准确性和计算效率方面存在的优势。

车用电涡流缓速器三维有限元分析

运用电磁位对A Φ A方法和库仑规范,实现了三维涡流场定解问题的完整表述,建立了1/8有限元模型;运用四面体单元,模拟并分析了电涡流缓速器的磁通量分布。由有限元程序求得的电涡流缓速器的制动力矩与试验测量值基本吻合,说明该模型和计算方法是可行的。

突然断线对输电塔线体系的冲击作用研究

突然断线使处于绷紧状态的输电线张力迅速释放,塔线体系将受到动力冲击作用,但设计规范仅按静态荷载来考虑断线荷载。以某输电线路为例,采用有限元方法建立塔线体系模型,进行断一根至六根子导线工况的模拟,并考虑跌落导线与地面的碰撞。分析发现,断子导线的根数越多,或者越接近断线点,直线塔绝缘子的摆动幅度越大,峰值轴力也越大。导线断线将产生两个极大的冲击作用,一个是导线断裂产生的冲击,另一个是跌落导线与地面碰撞产生的冲击。

基于多导体传输线理论的脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

为了研究脉冲变压器锥形绕组在脉冲电压作用下的电压分布特性,采用多导体传输线方法,根据实际脉冲变压器锥形绕组的结构,建立了电气参数有限元简化计算模型及等效多导体传输线分析数学模型,以此模型计算了锥形绕组在脉冲电压激励下匝间的电压分布。计算结果表明,此模型可对脉冲变压器锥形绕组的电压分布进行有效计算,对绕组匝间绝缘设计有一定的参考意义。

离子流场中导体充电电位的计算

随着我国高压直流输电工程的快速建设,其电磁环境问题日益受到广泛关注,线下离子流场中导体充电问题是其中一项比较重要的问题。该文对上流有限元法进行改进,使其能够计算离子流场中经电阻接地导体的充电电位,计算结果与实验结果具有较好的一致性,证明了该算法的正确性。基于所提算法,讨论接地电阻变化时充电导体电位的变化规律。当接地电阻很大时,该方法计算结果为离子流场中悬浮导体的电位值;离子流场中悬浮导体充电电位绝对值比导体不存在时相同位置的电位值高。考察离子流场中悬浮导体的电位问题,需要进行离子流场数值计算。