基于動力學(xué)方法的特高壓輸電線微風(fēng)振動研究.pdf

1、輸電線微風(fēng)振動是一個國內(nèi)外普遍關(guān)心的問題，由于振動的高頻性和持續(xù)性，日益成為輸電線路重要的安全隱患，嚴(yán)重妨礙著輸電線路的正常運營和成本降低。隨著我國“十一五”重點項目1000kV交流特高壓輸電線路的開工建設(shè)，更高、更柔、更大容量的導(dǎo)地線的研制使用，使這個矛盾愈發(fā)的尖銳起來，對輸電線的微風(fēng)防振提出了更高的要求。
　　 有別于傳統(tǒng)的能量平衡法，本文基于動力學(xué)方法研究輸電線的微風(fēng)振動和防振策略。主要包括：基于計算流體動力學(xué)的輸電線微風(fēng)

2、振動數(shù)值仿真；安裝防振錘前后輸電線受迫振動的室內(nèi)模擬實驗；基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的輸電線-防振錘體系數(shù)學(xué)模型的建立與求解和基于風(fēng)速、風(fēng)向概率分布的輸電線微風(fēng)振動疲勞壽命研究等四個部分。旨在建立一套以疲勞壽命為評價標(biāo)準(zhǔn)的，基于動力學(xué)方法的輸電線微風(fēng)振動計算方法。
　　 首先利用計算流體動力學(xué)理論對輸電線微風(fēng)振動現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值風(fēng)洞模擬。不僅通過流體動力學(xué)計算再現(xiàn)了經(jīng)典風(fēng)洞實驗結(jié)果，而且對微風(fēng)振動的自限性機(jī)理進(jìn)行了深入探討。其次，基于振幅先驗

3、性假設(shè)，利用微風(fēng)振動流體動力學(xué)模型得到了單根輸電線在不同湍流強度下的風(fēng)功率輸入曲線，并擬合了解析表達(dá)式為動力學(xué)模型提供了參數(shù)化的激勵力輸入。
　　 參照IEEE標(biāo)準(zhǔn)獨立設(shè)計實施了輸電線振動實驗。通過數(shù)據(jù)分析定性的對比了安裝FR-3或是FR-4防振錘后輸電線的振動強度，比較了不同防振方案的優(yōu)劣，研究了張力對輸電線振動強度的影響。并研究了防振錘數(shù)目、安裝位置和混合安裝方式對防振效果的影響。通過實驗研究為輸電線-防振錘動力學(xué)模型的建立

4、與求解提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　 在數(shù)值風(fēng)洞和室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了微風(fēng)激勵力函數(shù)、輸電線等效自阻尼系數(shù)和防振錘阻抗表達(dá)式，建立了一套直接求解輸電線-防振錘體系動力方程的微風(fēng)振動計算方法。使用四階精度有限差分格式和迭代算法求解體系動力方程得到輸電線各點的穩(wěn)定振幅和動彎應(yīng)變值，編制了Fortran計算程序，與實驗和經(jīng)典算例對比驗證了程序的可靠性。使用該程序?qū)旊娋€-防振錘體系動力特性和微風(fēng)振動影響因素進(jìn)行了分析。
　　 基于

5、Miner線性損傷累積理論，推導(dǎo)了輸電線微風(fēng)振動疲勞壽命計算公式，將輸電線振幅與疲勞壽命聯(lián)系在一起，并能夠考慮風(fēng)速、風(fēng)向的概率分布和材料的疲勞特性。以疲勞壽命為評價指標(biāo)研究了各個影響因素的參數(shù)敏感性，特別針對防振錘給出了較優(yōu)的安裝位置，借以經(jīng)濟(jì)合理地指導(dǎo)輸電線的防振設(shè)計。
　　 輸電線微風(fēng)振動由于其復(fù)雜性和疲勞破壞的嚴(yán)重性，多年來一直吸引廣大學(xué)者的關(guān)注與研究，但是距離完全解決這個問題仍然任重道遠(yuǎn)。希望本文的成果能夠為輸電線微風(fēng)振