【摘 要】
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输电导线在一定气候条件下(如出现冻雨或雨凇等)容易形成覆冰,导线在覆冰后,其截面由圆形变为非圆形,在一定风激励的作用下会产生自激振动,也即舞动。舞动具有低频、高振幅且持续时间久的特点。导线长时间的舞动容易造成线路跳闸、金具磨损等事故,严重时甚至造成断线、倒塔,对经济造成巨大损失。因此,对覆冰导线舞动的研究具有极其重要的意义,而对覆冰导线气动力特性的研究则是研究导线舞动问题的关键。与此同时,目前国内
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输电导线在一定气候条件下(如出现冻雨或雨凇等)容易形成覆冰,导线在覆冰后,其截面由圆形变为非圆形,在一定风激励的作用下会产生自激振动,也即舞动。舞动具有低频、高振幅且持续时间久的特点。导线长时间的舞动容易造成线路跳闸、金具磨损等事故,严重时甚至造成断线、倒塔,对经济造成巨大损失。因此,对覆冰导线舞动的研究具有极其重要的意义,而对覆冰导线气动力特性的研究则是研究导线舞动问题的关键。与此同时,目前国内外学者在研究导线舞动问题时一般使用准静态假设,也就是将风洞试验得到的稳态(静态)气动力系数用于动态的覆冰导线舞动分析上。但由于导线在实际舞动过程中时,其气动力随导线的位置、速度等因素时刻变化,这种“准静态”假设并不完全适用。因此有必要进行动态风洞试验,以获取覆冰导线的动态气动力系数,分析其动态气动力特性,比较动态气动力与静态气动力的不同,并对准静态假设的适用性进行讨论。本文主要进行的研究工作和研究成果如下:(1)为准确描述新月形覆冰导线的气动特性,对覆冰导线进行了气动力特性风洞试验,获得不同冰厚、不同风速下覆冰单导线、四分裂导线的静态空气动力系数和-45°~45°攻角间不同扭转频率、风速和冰厚下的动态气动力系数。对比了静态与动态气动系数的差异点与相同点,分析了动态气动系数曲线中迟滞环的成因。结果表明:动态气动力系数和静态气动力系数有显著差异,但两者的曲线变化规律相同。动态气动力系数曲线呈环状,表现出显著的气动迟滞特性,该曲线不仅可以表示气动力变化与覆冰导线截面运动的关系,同时曲线面积还可以评估气动力耗散或输入系统的能量大小。此外,本文对不同扭转频率下气动力对覆冰四分裂导线各子导线做功的大小进行了统计,结果发现气动力对每根子导线所做的功并不相同,在模拟分裂导线大振幅、低频舞动时,应单独针对每个子导线制定准稳态气动力,而不是将所有子导线作为一组。(2)为了验证准静态假设(QST)的适用性,基于准静态理论编写MATLAB程序,实现了静态气动系数向动态气动系数的转化,并同样分析了覆冰厚度、扭转频率以及风速对MATLAB(基于准静态假设)得到的动态气动系数的影响,最后将两种情况下得到的动态气动系数进行对比。结果表明:基于准静态理论(QST)得到的动态气动系数在数值上与风洞试验结果有一定的差异,但两种情况下的曲线变化规律相同,且两种情况下气动力对整个运动系统做功的正负是一致的,证明了准静态假设具有一定的适用性。
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