输电塔—覆冰导线耦合体系舞动的动力特性研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wzmuyelan
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随着电网的快速发展,高压、特高压电网建设及运行,对电网的安全性和稳定性提出很高的要求。舞动,是一种低频振幅很大的自激振动,持续时间很长,对电力系统会造成严重破坏。本文的目的就是采用非线性有限元方法建立输电塔-覆冰导线体系模型模拟塔线体系舞动过程,研究档距、冰厚和风速对塔线体系舞动的影响,为塔线体系的防舞及防倒塔设计提供理论基础。采用有限元方法,建立了一塔两跨三相的输电塔线体系的有限元模型,并考虑了相邻档距的影响,使用粱单元建立了铁塔的模型并进行了模态分析,铁塔多次出现局部振型,并对局部振型出现区域的刚度进行了加强。建立了含有间隔棒分裂导线的模型,对导线施加了初始张力和重力,多次迭代实现了导线的找形,用ANSYS参数化语言编写了导线在气动力荷载下的舞动程序,实现了对导线舞动的模拟,并验证了程序的正确性。塔线体系为一塔两跨模型,两跨导线具有相同的冰形和覆冰厚度,研究了档距和风速对塔线体系舞动的响应:研究了档距相同或不同时,覆冰导线的振型和频率成规律性的变化;风速不变时,研究了两跨档距不同的各跨导线舞动幅值和舞动最大张力,并应用MATLAB软件对导线舞动的时程曲线进行了频谱分析和相图研究。分析了铁塔应力和变形,横担主材应力,发现随着档距差的增大,导线舞动幅值、最大动态张力、铁塔变形和铁塔应力及横担张力都在增大;也研究了两跨档距相同的塔线体系舞动,发现档距不同的塔线体系中导线舞动幅值、张力和铁塔的应力和变形都比相应的档距相同的塔线体系的大;研究了风速改变对塔线体系舞动的响应,发现随着风速增大,导线舞动幅值和张力都增大,相应导线的频谱和相图成规律性变化,而铁塔应力和变形也增大,表明随着风速增大,档距相同和不同的塔线体系舞动相应都增大,但是档距不同的塔线体系舞动仍是比相应档距相同的舞动响应大。两跨档距一定,研究覆冰厚度和风速对塔线体系舞动的影响:研究了两跨导线在覆冰厚度相同和不同时,覆冰导线的模态,对振型和频率进行了分析;研究了两跨导线舞动的幅值和最大动态张力,并对各跨导线舞动进行了时程曲线、频谱和相图分析,进而研究导线的舞动形态,然后研究了绝缘子的位移和绝缘子对铁塔的力,从而研究铁塔应力和变形。随着两跨覆冰厚度或覆冰厚度差值的增大,塔线体系舞动的响应都在增大;对两跨导线覆冰厚度不同和相应相同的塔线体系舞动做了对比,发现前者更加容易舞动,前者三相导线舞动比较复杂、绝缘子对铁塔造成面外和沿导线方向的影响,而后者三相导线舞动同步、绝缘子对铁塔造成面外的影响,前者导线舞动幅值、张力、铁塔应力和变形都比后者大;同时也研究两跨导线覆冰厚度相同和不同时,风速改变对塔线体系舞动的响应,结果发现风速增大,频谱和相图出现规律性变化,导线覆冰厚度相同或不同塔线体系舞动都在增大,而两跨覆冰厚度不同的塔线体系舞动更加剧烈。
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