考虑相邻档影响的覆冰输电线非线性振动耦合特性研究

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我国高压输电线路已经进入到快速发展时期,对超高压输电线的需求也越来越多,输电线路的安全运营已成为国内外的重点研究对象。由于其分布范围极为广泛,路经山川河流,且长期受外界因素的影响,主要包括风、雨、雷电、覆冰等,极易造成架空输电路无法正常运行。高压输电线路主要为连续档导线,具有跨度大,柔性强等特点,只能承受拉力,而不能受压。在发生极端恶劣气候使得线路严重覆冰,风经覆冰的非圆截面导线时有可能发生舞动,且随着舞动时间的持续增长,造成架空线断股和断线,金具移位,绝缘子串的断联,杆塔倾倒等恶性事故,给输电线系统带来不同程度的危害,影响电网系统的正常工作。为了揭示地形变化对连续档输电线动态特性的影响,本文提出了基于任意高差角的动刚度理论,首先将单档导线视为连续档导线独立的子结构,构建了两悬挂点在不同高差角情况下的单档导线振动方程,并在该理论方程中引入了二次项,能够考虑重力弦向分量的影响,推导出绝缘子串绕其悬挂点转动的动刚度计算方法,通过动刚度理论研究连续档导线横向振动模态和频率,并应用有限元软件ABAQUS验证理论模态和频率公式的准确性。所得结果表明,动刚度的计算方法具有较高的精度,理论模态符合有限元结果,同时获得的频率和模态可为山地高压输电线防舞技术的研究提供依据。简化多跨输电线舞动力学模型,基于子结构法和连续性条件对整个耐张段内多档覆冰导线建立非线性振动方程,应用Galerkin法将该非线性偏微分方程转换为常微分方程,最后通过多尺度方法获得该非线性常微分方程的理论解。为了进一步考察舞动特性以及理论解的准确性,本文还给出了不同模态下连续档输电线非线性数值解,利用位移时程曲线和相平面图分析阻尼、档距、模态等结构参数对数值解的影响。研究了阻尼系数对单档导线非线性振动位移衰减时间的影响,结果表明阻尼能够显著降低连续档输电线振动位移。通过观察单档导线和三档导线中间跨的舞动位移时程曲线,能够说明随着相邻跨导线长度的减小,三档导线越接近单档导线的振动频率值,且导线的振动时长和周期也越接近单档导线。
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