高壓輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的研究

1、高壓輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的研究 高壓輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的研究the study on galloping of conductor of high-voltage transmission line學(xué)科領(lǐng)域: 電氣工程研 究 生:曾慶沛 指導(dǎo)教師: 張炳達(dá) 教授企業(yè)導(dǎo)師:王彩霞 高工 天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 二零一二年五月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果,也不包含為獲得 天津大 學(xué) 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均

2、已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名: 簽字日期: 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解 天 津 大學(xué) 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán) 天 津 大 學(xué) 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明 學(xué)位論文作者簽名: 導(dǎo)師簽名: 簽字日期:年 月 日 簽字日期:年 月 日摘 要 當(dāng)前,智能電網(wǎng)具有巨大的優(yōu)越性并以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)已成為國(guó)家電網(wǎng)公司的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo),

3、作為電力輸送物理通道的輸電線路,是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本保證和重要組成部分,并具有地域分布廣泛、運(yùn)行條件復(fù)雜、易受自然環(huán)境影響和外力破壞、巡檢維護(hù)工作量大等特點(diǎn),因此在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)初期,就應(yīng)該以智能電網(wǎng)線路環(huán)節(jié)發(fā)展目標(biāo)為指導(dǎo),利用先進(jìn)的通信、信息和控制等技術(shù),實(shí)現(xiàn)線路安全化的要求。 架空輸電線路運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因自然條件的作用而發(fā)生多種自然災(zāi)害,舞動(dòng)就是其中一種危害較為嚴(yán)重的情況。近年來(lái),導(dǎo)線舞動(dòng)形成一條南起湖南、北抵吉林的巨大的“舞動(dòng)帶”,其波及范圍廣、舞動(dòng)強(qiáng)度大、損失嚴(yán)重,為我國(guó)歷史罕見(jiàn)。作者從理論上研究了導(dǎo)線舞動(dòng)的形成機(jī)理,并在對(duì)導(dǎo)線力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,提出相應(yīng)的防舞措施。 我們主要是通過(guò)對(duì)輸電

4、線路舞動(dòng)的基本理論及方法進(jìn)行研究,對(duì)防舞機(jī)理和措施進(jìn)行深化比較,結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及過(guò)往的防舞設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn),為不同環(huán)境情況下的線路找到恰當(dāng)?shù)姆牢璐胧?本文系統(tǒng)總結(jié)了導(dǎo)線舞動(dòng)發(fā)生的規(guī)律和各種特點(diǎn), 導(dǎo)線的抗舞能力在不同電壓等級(jí)情況下的表現(xiàn),當(dāng)前舞動(dòng)防治工作的形勢(shì)狀態(tài)及存在的問(wèn)題,以及舞動(dòng)治理方法措施和相關(guān)建議,總結(jié)和分析進(jìn)一步研究的實(shí)驗(yàn)工作等。關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);架空輸電線路;舞動(dòng);防舞措施 abstract with the enormous advantage of intelligent electric grid, construction features the informationi

5、zation, automation, digitalization and interaction. development of strong intelligence electric grid has become the strategic goal of state grid corporationpower transmission line, as the physical transmission of electricity, is the basic insurance and essential component of the strong intelligence

6、electric grid, and has features of wide distribution, complicated operating condition, being vulnerable to the natural environment and destruction of external force, and big workload on inspection and maintenance. therefore, at the preliminary stage of engineering project design and construction, gu

7、ided by the development target of intelligent electric grid, we should make use of the advanced communication, information and controlling technology to meet the requirement of the insurance of line safetyeffected by the natural conditions, various natural disaster would probably take place during t

8、he operating process of installing electricity transmission lines, waving being one of the most serious. recently, waving of lines has spread from the south of hunan to the north of jilin, which formed a waving zone. the wide range, mighty power and great loss of the waving is seldom found in our hi

9、story. the paper theoretically researches on the formation of waving and proposes anti-waving measures based on the research of lines mechanicscombined with the previous anti-waving design and experience of online monitoring system, this paper aims to find the appropriate anti-waving measures in dif

10、ferent circumstances through the study on the basic theory of the waving of electricity transmission lines and a comparison between the anti-waving mechanism and measuresthis paper systematically concludes the law and characteristics of lines waving, the sign of anti-waving ability of lines at diffe

11、rent levels of voltage, the situation and existing problems of present anti-waving work as well as the measures and proposal of waving treatment, so as to make a further analysis on the experiment research key words : intelligence electric grid, electricity aerial electricity transmission lines, wav

12、ing, anti-waving measures目 錄 第一章 緒 論.1 1.1 高壓輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)研究的意義. 1 1.2 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)之當(dāng)前現(xiàn)狀. 1 1.2.1 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)狀1 1.2.2 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)新特點(diǎn)及存在的問(wèn)題3 1.3 本文研究的主要內(nèi)容. 5 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法.7 2.1 輸電線路舞動(dòng)的特征及故障形式7 2.1.1 舞動(dòng)的特征及影響因素. 7 2.1.2 線路舞動(dòng)的故障形式 8 2.2 輸電線路舞動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理. 10 2.3 舞動(dòng)產(chǎn)生的力學(xué)研究 10 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施.12 3.1 輸電線路的防舞機(jī)理12 3

13、.1.1 穩(wěn)定性防舞機(jī)理 12 3.1.2 通過(guò)改變冰形抑舞機(jī)理 12 3.2.輸電線路的防舞措施12 3.2.1 防舞措施 12 3.2.2 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒. 13 3.2.3 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器 16 3.2.4 防舞器特點(diǎn). 21 第四章 輸電線路的舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng).23 4.1 輸電導(dǎo)線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的意義. 23 4.2 輸電導(dǎo)線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成 23 4.2.1 線路舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成部分23 4.2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo). 24 4.2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù). 25 4.2.4 關(guān)鍵技術(shù)分析. 25 4.3 舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)成果. 26 4.4 基于

14、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的防舞裝置效果評(píng)價(jià) 27 第五章 輸電線路的防舞設(shè)計(jì)29 5.1 防舞設(shè)計(jì)原則29 5.2 唐山嘴東 110kv輸變電工程防舞設(shè)計(jì). 30 5.2.1 工程概況30 5.2.2 氣象資料31 5.2.3 導(dǎo)線選型33 5.2.4 線路路徑選擇. 34 5.2.5 線路耐張段與冬季主導(dǎo)風(fēng)向關(guān)系35 5.2.6 舞動(dòng)耐張段確定35 5.2.7 采用的防舞措施36 5.3 防舞效果 37 第六章 結(jié)論.39 參考文獻(xiàn).41 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明44 致 謝.45第一章 緒論 第一章 緒 論 1.1 高壓輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)研究的意義 當(dāng)前,智能電網(wǎng)因其具有信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化等顯著特

15、征而顯示出巨大優(yōu)越性。因此,國(guó)家電網(wǎng)公司以建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為其戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。作為電力輸送物理通道的輸電線路是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本保證和重要組成部分,輸電線路的地域分布較為廣泛且運(yùn)行條件極其復(fù)雜,尤其易受外力破壞、且受自然環(huán)境影響十分顯著,加之對(duì)其進(jìn)行巡檢及維護(hù)等工作量較大,因此在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)初期,實(shí)現(xiàn)線路安全化的要求尤為重要:除充分利用高新通信、信息及控制技術(shù)外, 尤應(yīng)以智能電網(wǎng)線路環(huán)節(jié)的發(fā)展目標(biāo)為工程設(shè)計(jì)及建設(shè)的根本指針。 舞動(dòng)是一種對(duì)輸電線路危害比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害,其產(chǎn)生是由空氣動(dòng)力不穩(wěn)所導(dǎo)致:架空線覆冰斷面的常態(tài)通常呈現(xiàn)為帶狀的筒形,當(dāng)遭遇強(qiáng)風(fēng)時(shí),低階固有頻率0.1-3hz 、大振幅(約

16、為導(dǎo)線直徑的 20-300倍)的共振就會(huì)產(chǎn)生。導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)時(shí)往往在垂直方向伴隨扭轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng),因其振幅超強(qiáng)(大檔距中可達(dá)數(shù)米乃至數(shù)十米)且如萬(wàn)馬飛騰之勢(shì),故稱(chēng)之為奔馬式振動(dòng),或稱(chēng)為導(dǎo)線舞動(dòng)。大量事實(shí)表明,導(dǎo)線舞動(dòng)因其持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(往往達(dá)數(shù)小時(shí)之久),極大地威脅著高壓輸電線路的運(yùn)行安全。舞動(dòng)容易導(dǎo)致導(dǎo)線鞭擊及電弧燒傷或斷線、斷股現(xiàn)象,易導(dǎo)致金具嚴(yán)重磨損、斷裂、脫落,或絕緣子鋼腳斷裂、桿塔傾倒以及線路跳閘等多種現(xiàn)象的發(fā)生,從而造成了大面積的停電現(xiàn)象,給社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生活造成的損失將難以估量。 近些年導(dǎo)線舞動(dòng)的影響范圍愈廣,南起湖南、北抵吉林,已形成一條巨大的“舞動(dòng)帶”。它不僅波及范圍廣且舞動(dòng)強(qiáng)度大,所

17、造成損失之嚴(yán)重已屬罕見(jiàn)。本文以導(dǎo)線力學(xué)的相關(guān)研究為基礎(chǔ),擬從導(dǎo)線舞動(dòng)的形成機(jī)理角度進(jìn)行相關(guān)理論研究,力求提出相應(yīng)的防舞措施。 1.2 輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)之當(dāng)前現(xiàn)狀 1.2.1 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)狀 1 第一章 緒論 作為舞動(dòng)發(fā)生最頻繁的國(guó)家之一,中國(guó)的舞動(dòng)帶分布于南起湖南,北抵吉林的廣袤區(qū)域,且舞動(dòng)涉及各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路。之所以如此分布,是因?yàn)槊磕甓?、春兩?即每年的十一、十二月和次年的一、二、三月),由我國(guó)西北南下與東南北上的氣流在東北和中部相匯,由此形成凍雨或雨凇,加上此季節(jié)的強(qiáng)風(fēng)天氣,從而造成導(dǎo)線覆冰。在我國(guó),傳統(tǒng)的強(qiáng)舞動(dòng)區(qū)域以遼寧、湖北與河南三省為最。我國(guó)冬、春季氣流方向如圖 1-1

18、所示: 干冷 氣流 暖濕 氣流圖 1-1 我國(guó)冬、春季氣流方向圖 傳統(tǒng)舞動(dòng)地區(qū)分布如圖 1-2所示:圖 1-2 我國(guó)電網(wǎng)舞動(dòng)分布圖 2 第一章 緒論 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)情況: 我國(guó)是舞動(dòng)多發(fā)國(guó)家,在我國(guó)的9個(gè)典型氣象區(qū)中,其中有8個(gè)地區(qū)有覆冰條件,且覆冰厚度可達(dá)3mm以上,因而都會(huì)發(fā)生舞動(dòng)。隨著輸電線路的發(fā)展,尤其是超高壓及特高壓線路的廣泛興建,導(dǎo)線的直徑較大,6分裂以上的多分裂導(dǎo)線相繼出現(xiàn),在某些地形復(fù)雜地區(qū)及大跨越線段,導(dǎo)線的直徑,離地高度也會(huì)有大的提高,這就造成舞動(dòng)更加容易發(fā)生。 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)特點(diǎn): 1舞動(dòng)范圍擴(kuò)大、頻率高、涉及各電壓等級(jí)2舞動(dòng)導(dǎo)致輸電線路損失嚴(yán)重 3新型線路抵御舞動(dòng)災(zāi)

19、害能力弱 冬季輸電線路覆冰舞動(dòng)原因分析: 1典型氣象條件 降水多、降溫幅度大、范圍廣、過(guò)程頻繁、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、極端降溫事件多等特點(diǎn)。 這些因素都是形成雨凇或凍雨的必要條件,氣溫-55的凍雨或雨夾雪加大風(fēng)天氣,是線路發(fā)生舞動(dòng)最適宜的氣象條件。 2線路地形條件 舞動(dòng)發(fā)生地形特點(diǎn):多為平坦開(kāi)闊地帶。線路走向和風(fēng)向夾角:基本大于45。電壓等級(jí):涉及較廣,大多為500kv及 220kv線路。 冬季覆冰舞動(dòng)線路受損之原因分析: 因線路設(shè)計(jì)荷載是依據(jù)靜載而設(shè)計(jì)考慮的,而舞動(dòng)所生成的動(dòng)載荷容易造成桿塔、連接金具的薄弱環(huán)節(jié)損壞,例如,連接螺栓在交變應(yīng)力作用下極易松動(dòng)、脫落。導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)引起跳線結(jié)構(gòu)共振和絕緣子串振動(dòng)

20、,造成跳線及絕緣子損傷。桿塔設(shè)計(jì)時(shí),可以確定的是風(fēng)荷載方向與線路轉(zhuǎn)角度數(shù)。而舞動(dòng)是隨機(jī)的,其隨機(jī)性有可能造成導(dǎo)、地線轉(zhuǎn)向的度數(shù)超出設(shè)計(jì)中確定的線路轉(zhuǎn)角度數(shù),致使橫擔(dān)在x、y、z軸三方向的力大大超出桿塔設(shè)計(jì)時(shí)的承載能力,從而,引起桿塔整個(gè)橫擔(dān)失穩(wěn)、乃至強(qiáng)度破壞。同塔雙(多)回多采用垂直排列和舞動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)軌跡相吻合,容易造成閃絡(luò)跳閘;緊湊型線路相間距較小,也容易因舞動(dòng)造成閃絡(luò)跳閘。單回塔外型多采用酒杯型、貓頭型,相對(duì)塔身橫擔(dān)長(zhǎng)度較短;雙回塔多采用鼓型、傘型相對(duì)塔身橫擔(dān)長(zhǎng)度較長(zhǎng),因此,相同條件下,舞動(dòng)對(duì)雙回塔造成的彎矩更大。 新型線路多為分裂導(dǎo)線型式,導(dǎo)線截面較大,通常架線也較高,這些都是易于激發(fā)舞

21、動(dòng)的線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 。1.2.2 我國(guó)輸電線路舞動(dòng)新特點(diǎn)及存在的問(wèn)題 3 第一章 緒論 1我國(guó)輸電線路舞動(dòng)新特點(diǎn): 1舞動(dòng)區(qū)域擴(kuò)大:逐漸遍及公司電網(wǎng)大部分地區(qū)。 舞動(dòng)區(qū)域由傳統(tǒng)易舞區(qū)擴(kuò)展到舞動(dòng)少發(fā)區(qū)。 舞動(dòng)線路波及10-500kv各電壓等級(jí)的輸配電線路。 每次舞動(dòng)過(guò)程至少波及2至 3個(gè)省份,單次惡劣天氣導(dǎo)致舞動(dòng)范圍擴(kuò)大。 單個(gè)省域內(nèi)舞動(dòng)影響范圍大。例如,山東省就包括濟(jì)南、青島、淄博、濰坊、煙臺(tái)、泰安、濱州、威海和萊蕪9個(gè)地區(qū)。如圖1-3所示:圖 1-3 舞動(dòng)區(qū)域擴(kuò)大示意圖 2舞動(dòng)發(fā)生頻率增加: 遍及各區(qū)域、各電壓等級(jí)。 3舞動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、舞動(dòng)強(qiáng)度大。 2我國(guó)舞動(dòng)研究、防治中存在的主要問(wèn)題 1舞動(dòng)

22、研究重視不足、防舞研究基礎(chǔ)薄弱 舞動(dòng)情況的發(fā)生具有一定的偶然性,而且概率不高,易會(huì)被人們輕視。但這偶然之中又是必然的,只要起舞的三個(gè)條件滿(mǎn)足了,舞動(dòng)就會(huì)必然發(fā)生。我國(guó)是舞動(dòng)頻發(fā)國(guó)家,在相當(dāng)大的范圍內(nèi)都可能發(fā)生導(dǎo)線舞動(dòng),鑒于舞動(dòng)的破壞性之巨大,應(yīng)對(duì)舞動(dòng)研究與防治給予足夠的重視。 目前國(guó)內(nèi)從事舞動(dòng)研究的機(jī)構(gòu)數(shù)量不多。清華大學(xué)、武漢大學(xué)等部分高校以及國(guó)電電力建設(shè)研究所等科研單位多為研究生論文選題為依,開(kāi)展舞動(dòng)問(wèn)題的研究,因?yàn)樘幱谠盒Ｑ芯侩A段,所以大多缺乏系統(tǒng)性、連續(xù)性。應(yīng)用性研究?防舞方法的研究,是我國(guó)導(dǎo)線舞動(dòng)研究的側(cè)重點(diǎn)。由于科研經(jīng)費(fèi)以及其他多方面的原因,很少有人對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究。我國(guó)舞動(dòng)研

23、究起步較晚,基礎(chǔ)和西方發(fā)4 第一章 緒論 達(dá)國(guó)家相比薄弱的多,導(dǎo)致舞動(dòng)問(wèn)題的很難進(jìn)行深入的探索研究,結(jié)果也收效微乎其微。這樣,發(fā)達(dá)國(guó)家與我們?cè)趯?dǎo)線舞動(dòng)領(lǐng)域的差距只增不減。舞動(dòng)問(wèn)題關(guān)乎國(guó)泰民安,是世界性難題,而各國(guó)均加大了政策支持和多方投入。我們必須加大對(duì)舞動(dòng)研究的投入,堅(jiān)持理論研究、工程運(yùn)用相結(jié)合,扎實(shí)推進(jìn)舞動(dòng)問(wèn)題的研究和解決。 2防治工作重“治”輕“防”舞動(dòng)防治有兩層含義,首先是“防”,對(duì)于途徑舞動(dòng)易發(fā)地段的高壓輸電線路,應(yīng)該重視防范線路舞動(dòng),防患于未然;其次是“治”,對(duì)已經(jīng)發(fā)生過(guò)舞動(dòng)的輸電線路要盡快采取合適的防舞措施。目前我國(guó)對(duì)舞動(dòng)的防治基本仍停留在“治”上,但是對(duì)預(yù)防做得仍很不夠,所以今

24、后需要改變這種做法,將簡(jiǎn)單的“舞后治理”,改為“預(yù)防為主、防、治結(jié)合”的新式防舞工作方法。有些地區(qū)雖然對(duì)線路進(jìn)行了防舞設(shè)計(jì),但僅限于加裝了防舞器,并沒(méi)有達(dá)到對(duì)舞動(dòng)預(yù)防的全方位性,諸如:選擇合理線路走向和路徑、提高線路電氣及機(jī)械強(qiáng)度等,我們應(yīng)該將加裝防舞裝置看成是在重點(diǎn)區(qū)段防舞方案的不得已選擇。 3 完善試驗(yàn)研究方法 舞動(dòng)研究必須以試驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)踐檢驗(yàn)為基礎(chǔ),而試驗(yàn)研究就是其中非常重要的一環(huán)。無(wú)論是對(duì)理論研究的驗(yàn)證,還是對(duì)防舞方法的檢驗(yàn),舞動(dòng)試驗(yàn)都是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。舞動(dòng)試驗(yàn)主要依賴(lài)于舞動(dòng)試驗(yàn)線路,在舞動(dòng)研究先進(jìn)的國(guó)家,一般都有兩條以上的舞動(dòng)試驗(yàn)線路,而日本則有八條舞動(dòng)試驗(yàn)線路。 1993 年,

25、我國(guó)曾在國(guó)電電力建設(shè)研究所建成了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)唯一的一條舞動(dòng)試驗(yàn)線路,正是這條線路在舞動(dòng)研究過(guò)程中曾扮演了相當(dāng)重要的角色,為舞動(dòng)研究的進(jìn)一步發(fā)展積累了豐富而寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù),但由于更高電壓等級(jí)桿塔試驗(yàn)站建設(shè)場(chǎng)地的需要,該線路已于 2001 年拆除。因此,我國(guó)目前已經(jīng)沒(méi)有舞動(dòng)試驗(yàn)線路了,這非常不利于我國(guó)舞動(dòng)的研究與治理工作。因此,我們應(yīng)加大投入,改善舞動(dòng)試驗(yàn)研究的手段,盡快建立一條功能相對(duì)齊全的舞動(dòng)試驗(yàn)線路,為舞動(dòng)問(wèn)題的深入研究奠定基礎(chǔ)。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 本文從理論上研究了輸電線路舞動(dòng)的特征及故障形式以及導(dǎo)線舞動(dòng)的形成機(jī)理,并對(duì)導(dǎo)線的力學(xué)模型進(jìn)行了分析。 通過(guò)對(duì)輸電線路舞動(dòng)的基本理論及方法進(jìn)

26、行研究,對(duì)防舞機(jī)理和措施進(jìn)行深化比較,結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及過(guò)往的防舞設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn),為不同環(huán)境情況下的線路找到恰當(dāng)?shù)姆牢璐胧?5 第一章 緒論 本文系統(tǒng)總結(jié)了導(dǎo)線舞動(dòng)發(fā)生的規(guī)律和各種特點(diǎn), 導(dǎo)線的抗舞能力在不同電壓等級(jí)情況下的表現(xiàn),當(dāng)前舞動(dòng)防治工作的形勢(shì)狀態(tài)及存在的問(wèn)題,以及舞動(dòng)治理方法措施和相關(guān)建議,總結(jié)和分析進(jìn)一步研究的實(shí)驗(yàn)工作等。 根據(jù)現(xiàn)有的舞動(dòng)防治方法的不足,提出了今后防舞研究的工作重點(diǎn),需要深入開(kāi)展有效防治方法的研究工作,切實(shí)提高輸電線路防舞動(dòng)的能力, 提出合理有效的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,從而提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障能力。 6 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法 第二章 輸電線路舞動(dòng)研

27、究的基本理論和方法 2.1 輸電線路舞動(dòng)的特征及故障形式 2.1.1 舞動(dòng)的特征及影響因素 舞動(dòng)是一種低頻(0.13hz)、 大振幅(導(dǎo)線直徑 20300倍)的自激振動(dòng),其形態(tài)為一個(gè)或幾個(gè)半波,舞動(dòng)的軌跡呈橢圓形。 覆冰、風(fēng)的激勵(lì)和線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)是形成舞動(dòng)的主要因素。 1覆冰。導(dǎo)線的舞動(dòng)絕大多數(shù)是在導(dǎo)線覆冰工況下發(fā)生的,在有凍雨或者雨夾雪的氣象條件下表現(xiàn)尤為明顯。這些時(shí)候空氣濕度較大,水汽遇冷后易在導(dǎo)線表層產(chǎn)生一層覆冰,風(fēng)向和風(fēng)力的作用導(dǎo)致導(dǎo)線迎風(fēng)一側(cè)逐步產(chǎn)生表面光滑,并且呈不規(guī)則形狀,斷面像機(jī)翼一樣且不對(duì)稱(chēng)的覆冰,這層覆冰將導(dǎo)致導(dǎo)線性能的改變。因?yàn)閷?dǎo)線表面光滑,風(fēng)力不能進(jìn)入導(dǎo)線線股里層,而只

28、能作用于其表面,這降低了導(dǎo)線的阻尼作用,當(dāng)出現(xiàn)大風(fēng)氣象等惡劣天氣,導(dǎo)線受風(fēng)力作用,舞動(dòng)情況將顯著加劇。線路覆冰如圖 2-1所示: 圖 2-1 線路覆冰實(shí)拍圖 2風(fēng)的激勵(lì)。導(dǎo)線不均勻覆冰的工況下,風(fēng)以 425m/s 的速度盛行,且風(fēng)的流向與導(dǎo)線方向的夾角大于或等于 45?時(shí),導(dǎo)線舞動(dòng)易形成。原因是垂直于導(dǎo)線前進(jìn)方向風(fēng)的分量越強(qiáng),導(dǎo)線在不均勻覆冰工況下的的激勵(lì)作用越明顯,對(duì)導(dǎo)線作用的升力也就越強(qiáng),進(jìn)而加劇線路系統(tǒng)能量積累,使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性,從而形成導(dǎo)線舞動(dòng)。舞動(dòng)是自激振動(dòng),其能量與振幅的關(guān)系可用圖 2-2表示。 7 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法圖 2-2 舞動(dòng)能量與振幅關(guān)系 3線路的結(jié)

29、構(gòu)和參數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料,在相同環(huán)境和氣象條件下,由于多分裂、大截面導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度大,易于形成不均勻覆冰,所以分裂導(dǎo)線和大截面導(dǎo)線要比單導(dǎo)線更容易發(fā)生舞動(dòng)情況。 2.1.2 線路舞動(dòng)的故障形式 舞動(dòng)的故障形式分為兩種:電氣和機(jī)械。 電氣故障主要是指閃絡(luò)跳閘,主要是導(dǎo)線相間、對(duì)地線、對(duì)塔身的電氣間隙不足造成的。 子導(dǎo)線間隔棒放電燒傷如圖 2-3所示:圖 2-3 導(dǎo)線間隔棒放電燒傷 機(jī)械故障主要是指連接金具損壞,螺栓松動(dòng)脫落,斷線斷股,跳線脫落,塔材破壞和基礎(chǔ)受損等典型的破壞。鐵塔螺栓松動(dòng)脫落見(jiàn)圖 2-4,導(dǎo)線斷線、斷股見(jiàn)圖 2-5,導(dǎo)線金具損壞見(jiàn)圖 2-6,導(dǎo)線絕緣子、引流線損壞見(jiàn)圖 2-7,

30、塔材、基礎(chǔ)損害見(jiàn)圖 2-8。 8 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法圖 2-4 鐵塔螺栓松動(dòng)脫落圖 2-5 導(dǎo)線斷線、斷股圖 2-6 導(dǎo)線金具損壞圖 2-7 導(dǎo)線絕緣子、引流線損壞 9 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法圖 2-8 塔材、基礎(chǔ)損害 2.2 輸電線路舞動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理 輸電線路的導(dǎo)線舞動(dòng)機(jī)理目前仍處在研究階段,主要概括為以下幾種觀點(diǎn):1垂直舞動(dòng)機(jī)理垂直舞動(dòng)機(jī)理認(rèn)為舞動(dòng)由空氣動(dòng)力產(chǎn)生的負(fù)阻尼引起,導(dǎo)線產(chǎn)生偏心覆冰時(shí),作用于其上的垂直氣動(dòng)升力強(qiáng)于導(dǎo)線氣動(dòng)阻力。此理論僅僅將導(dǎo)線橫向的振動(dòng)考慮了進(jìn)去 。 2扭轉(zhuǎn)舞動(dòng)機(jī)理扭轉(zhuǎn)舞動(dòng)機(jī)理認(rèn)為導(dǎo)線的橫向失穩(wěn)由導(dǎo)線自身的扭振引發(fā),當(dāng)橫向垂直

31、振動(dòng)頻率與導(dǎo)線固有的扭轉(zhuǎn)頻率重合時(shí)產(chǎn)生舞動(dòng)。此機(jī)理基于導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)分析得到,在分裂導(dǎo)線舞動(dòng)分析中的應(yīng)用較為成功,應(yīng)用于單導(dǎo)線現(xiàn)在還存在爭(zhēng)論。 3動(dòng)力穩(wěn)定性機(jī)理動(dòng)力穩(wěn)定性機(jī)理認(rèn)為:舞動(dòng)的誘發(fā)原因是不穩(wěn)定振動(dòng),舞動(dòng)是因?yàn)閯?dòng)力的不穩(wěn)定性造成的,所以如果可以使用合適的措施對(duì)動(dòng)力的穩(wěn)定性進(jìn)行提高,并提高導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)的冰風(fēng)閾值,就可以防止舞動(dòng)。 4低阻尼系統(tǒng)共振機(jī)理 低阻尼系統(tǒng)共振機(jī)理認(rèn)為:舞動(dòng)即導(dǎo)線在低阻尼情況下,由風(fēng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)共振。低阻尼系統(tǒng)共振機(jī)理考慮端點(diǎn)激振,導(dǎo)線各個(gè)部分產(chǎn)生振動(dòng)情況不同。 2.3 舞動(dòng)產(chǎn)生的力學(xué)研究 在架空線上任取一點(diǎn),設(shè)該點(diǎn)為 c,在 c點(diǎn)處取小線段,對(duì)這一小線段進(jìn)行受力分析。

32、1導(dǎo)線受到自重力為 g,自重力 g方向垂直向下; 2導(dǎo)線受到張力為 t,方向是 c 點(diǎn)的切線方向,將張力 t 可看作一個(gè)多變10 第二章 輸電線路舞動(dòng)研究的基本理論和方法 量的函數(shù)。受力分析如圖 2-9所示:圖 2-9 線段受力分析圖 3大風(fēng)荷載為 p,風(fēng)力對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生風(fēng)壓,與導(dǎo)線的自重力 g 形成合力,導(dǎo)致導(dǎo)線上下振動(dòng),舞動(dòng)表達(dá)式如下: 2yy sin x sint 2-1 m j式中: y是導(dǎo)線舞動(dòng)的振幅; x為舞動(dòng)點(diǎn)至導(dǎo)線端點(diǎn)的距離; y 是導(dǎo)線舞動(dòng)m的最大振幅;是導(dǎo)線舞動(dòng)的頻率; ?是導(dǎo)線舞動(dòng)的波長(zhǎng); t為導(dǎo)線舞動(dòng)的時(shí)間。 j4 f 為導(dǎo)線之間的電動(dòng)力,電動(dòng)力頻率是 2; d5空氣阻力為

33、 f,f方向始終與反方向于導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向。 選取任一時(shí)刻,對(duì)導(dǎo)線上的各作用力進(jìn)行合成,形成一個(gè)合成振動(dòng)力,設(shè)為為 f,其振動(dòng)頻率為 ;將合力 f,阻力 f,對(duì) t 的進(jìn)行微分,得到當(dāng)振動(dòng)力 fh的變化率小于阻力 f的變化率時(shí),即: d f d f?2-2 d t d t導(dǎo)線的振動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài);反之,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 由于振動(dòng)力 f的作用,當(dāng)導(dǎo)線頻率 與電動(dòng)力振動(dòng)的兩倍工頻 2接近時(shí),h就會(huì)產(chǎn)生諧振。作用在線路上的電動(dòng)力 f ,對(duì)線路產(chǎn)生非常強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)力,加劇線d路的劇烈振動(dòng),從而發(fā)生線路舞動(dòng)。 1 1 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 3.1 輸電線路的

34、防舞機(jī)理 3.1.1 穩(wěn)定性防舞機(jī)理 穩(wěn)定性機(jī)理超脫導(dǎo)線舞動(dòng)機(jī)理,從“系統(tǒng)不舞動(dòng)即是穩(wěn)定的”角度考慮,來(lái)找出保持導(dǎo)線系統(tǒng)穩(wěn)定的手段,通過(guò)建立模型,得出要保持系統(tǒng)穩(wěn)定可以通過(guò)加裝防舞裝置來(lái)改變導(dǎo)線系統(tǒng)的參量。穩(wěn)定性機(jī)理的防舞思想明確,實(shí)用性強(qiáng),在 實(shí)際應(yīng)用中效果明顯。 為保證特高壓輸電線路的防舞要求,應(yīng)在導(dǎo)地線的適當(dāng)部位安裝防舞裝置。由于高壓輸電線路具有導(dǎo)線截面大、離地高、檔距較大、電壓等級(jí)高等特點(diǎn),因此需要高壓輸電線路使用的防舞器具有更好的性能。根據(jù)特高壓輸電線路的具體特點(diǎn),解決高壓輸電線路防舞的關(guān)鍵,就是開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足特高壓輸電線路特點(diǎn)的防舞裝置。 3.1.2 通過(guò)改變冰形抑舞機(jī)理 軟高壓輸電線

35、路的導(dǎo)線分裂數(shù)較多,風(fēng)激勵(lì)作用較大,風(fēng)壓作用強(qiáng),容易發(fā)生舞動(dòng)。減少導(dǎo)地線不均勻覆冰程度,能夠有效減小風(fēng)的激勵(lì)作用,防止舞動(dòng)。 3.2.輸電線路的防舞措施 3.2.1 防舞措施 防舞措施總體上可分為避舞、抗舞、抑舞 3種,避舞和抗舞應(yīng)用比較普遍,抑舞通常在實(shí)施困難或者效果不佳時(shí)采用。 1線路避舞措施:線路選擇路徑時(shí),要避開(kāi)風(fēng)大而地勢(shì)平緩的地區(qū),線路方向應(yīng)盡量平行于冬季主導(dǎo)風(fēng)向。 2線路抗舞措施:提高導(dǎo)地線的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度,線路系統(tǒng)不需要加裝附加裝置的條件下,在舞動(dòng)時(shí)能夠安全運(yùn)行。 12 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 3線路抑舞措施:在導(dǎo)地線上加裝防舞裝置,從而減小線路舞動(dòng)的幅度,舞動(dòng)

36、事故可以有效減少發(fā)生,線路運(yùn)行得以安全。 3.2.2 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒 1 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒防舞機(jī)理 線路舞動(dòng)的必要條件之一就是“不均勻覆冰”。因此,對(duì)防治導(dǎo)線舞動(dòng)十分有利的措施是采取阻止或有效減低導(dǎo)線不均勻覆冰的程度。由于在線路覆冰不均勻程度減低的狀態(tài)下,將有效消減線路的空氣動(dòng)力,導(dǎo)線在這時(shí)較難失穩(wěn)從而不易引起舞動(dòng)。所以,預(yù)防和降低導(dǎo)線的不均勻覆冰是防止導(dǎo)線舞動(dòng)的有效方法。 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的防舞機(jī)理的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程為: 21 udcl 22c y y0 3-1 y yd? y2 d m式中 y?振動(dòng)位移; ?結(jié)構(gòu)阻尼率; y?角頻率; y?風(fēng)速; ud?導(dǎo)線外徑; ?空氣密度; m?結(jié)構(gòu)

37、單位質(zhì)量,包括結(jié)構(gòu)物與周?chē)黧w的附加質(zhì)量的總和; c ?升力系數(shù); lc ?阻力系數(shù); dy? ?攻角 。 u系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為 2c1 ud?l2 c3-2 y yd2 d m? cl第一項(xiàng) 2? 恒定為非負(fù)數(shù),因此只要判定c?則系統(tǒng)穩(wěn)定。根據(jù)風(fēng)y y d cl洞試驗(yàn)結(jié)果,不均勻覆冰截面的c 值可能小于 0 而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn),激發(fā)輸d?電線路舞動(dòng)。線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒在一定程度上允許導(dǎo)線在覆冰之后產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),從cl而改善覆冰的不均勻性,使得導(dǎo)線截面c?,系統(tǒng)保持穩(wěn)定,因而有效的d?預(yù)防輸電線路舞動(dòng)。正是基于這樣思路進(jìn)行了線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒設(shè)計(jì),如圖 3-1所示。 13 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措

38、施圖 3-1 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的防舞原理示意圖 2 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的結(jié)構(gòu) 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒應(yīng)用于多分裂輸電線路上,既可以起到間隔棒的作用,也可以達(dá)到線路防舞的目的。線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒首要滿(mǎn)足線路間隔棒的電氣和機(jī)械性能要求,因此根據(jù) gb/t 2338?2002架空電力線路間隔棒技術(shù)條件和試驗(yàn)方法針對(duì)這種間隔棒,特別是回轉(zhuǎn)式線夾進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)成果均滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒樣品如圖 3-2所示: 外包型線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒 內(nèi)嵌型線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒 圖 3-2 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒樣品圖 3 布置線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒的方法 1線夾的布置:以 8分裂導(dǎo)線的線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒為例,其中 4個(gè)為回

39、轉(zhuǎn)式線夾,確定 4個(gè)線夾的位置有很多方式,即可在一檔中根據(jù)一定的比例將回轉(zhuǎn)式線夾反向布置,也可以將 4個(gè)回轉(zhuǎn)式線夾布置于迎風(fēng)的一側(cè)。前一種多用于風(fēng)向變化相對(duì)較大的地方,后一種多用于風(fēng)向變化相對(duì)較小的地方。 2次檔距布置:線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒采用不對(duì)稱(chēng)、不等距原則。 a.影響次檔距布置的因素 主要有三個(gè)方面: 14 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 次檔距振蕩:在多分裂導(dǎo)線系統(tǒng)中,當(dāng)背風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線位于迎風(fēng)側(cè)子導(dǎo)線所形成的旋渦氣流的空氣尾流中時(shí),會(huì)引發(fā)導(dǎo)線自激振動(dòng),即次檔距振蕩,示意圖如 3-3所示:圖 3-3 次檔距振蕩示意圖 當(dāng)空氣動(dòng)力尾流區(qū)中的輸入能量與損耗能量維持平衡的狀態(tài)時(shí),此時(shí)的次檔距振

40、動(dòng)就為等幅的振動(dòng)。設(shè)定振動(dòng)形狀為正弦曲線,那么可由下式計(jì)算出振動(dòng)的振幅,導(dǎo)線振動(dòng)形狀示意如圖 3-4所示:圖 3-4 導(dǎo)線振動(dòng)形狀示意圖0.0248 l v/ d2 x00.487 3-3 l25.1 e t/ dd v l w式中: d?導(dǎo)線外徑,m; t ?導(dǎo)線張力,n; w ?導(dǎo)線重量,kg/m; v ?風(fēng)速,m/s; l?間隔棒間隔,m; 2 x ?次檔距振動(dòng)振幅,m; 015 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 ?子導(dǎo)線間距,m; e?單個(gè)周期內(nèi)的振幅衰減率。 根據(jù)上式可知,隨著間隔棒間距增大,次檔距振蕩的振幅也會(huì)相應(yīng)變大,子導(dǎo)線可能會(huì)相互碰觸。 風(fēng)壓和電磁吸引力:對(duì)于高電壓等級(jí)的

41、輸電線路,由于子導(dǎo)線相互的電磁場(chǎng)力作用,假如風(fēng)速大到一定范圍內(nèi),子導(dǎo)線將會(huì)更容易相互吸引,從而發(fā)生相互碰觸的現(xiàn)象。 線路翻轉(zhuǎn)自恢復(fù):當(dāng)風(fēng)力對(duì)分裂導(dǎo)線產(chǎn)生扭矩或脫冰,線路將產(chǎn)生一定角度的扭轉(zhuǎn),甚至發(fā)生翻轉(zhuǎn)。多分裂導(dǎo)線發(fā)生翻轉(zhuǎn)后,要求在外力消除后導(dǎo)線就會(huì)自動(dòng)回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 b.布置方法 我們通過(guò)建立分裂導(dǎo)線間隔棒系統(tǒng)對(duì)次檔距振蕩的有限元分析模型,根據(jù)導(dǎo)線參數(shù)以及間隔棒的動(dòng)力參數(shù),針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力分析,計(jì)算系統(tǒng)的自由振動(dòng)衰減率,同時(shí)將此項(xiàng)作為目的函數(shù),然后綜合了國(guó)外以及國(guó)內(nèi)的線路間隔棒布置設(shè)計(jì)的良好經(jīng)驗(yàn),對(duì)間隔棒的布置設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行優(yōu)選時(shí)應(yīng)用了非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法,最終再確定間隔棒布置設(shè)計(jì)方案。

42、 因?yàn)殚g隔棒的動(dòng)力參數(shù)完全是由試驗(yàn)得出的,所以設(shè)計(jì)初始參數(shù)是正確的,并考慮到導(dǎo)線質(zhì)量和張力等方面的影響,同時(shí)將檔距長(zhǎng)度的影響引入,這樣給出的次檔距優(yōu)化布置方案更為合理。 3.2.3 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器 根據(jù)穩(wěn)定性舞動(dòng)機(jī)理研制出的防舞器有:雙擺防舞器及偏心重錘等。雙擺防舞器在大批輸電線路上具有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),防舞效果是非常明顯的。 基于穩(wěn)定性機(jī)理研制出的雙擺防舞器是通過(guò)借助間隔棒安裝在線路導(dǎo)線上的,所以,當(dāng)間隔棒采用的是線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒時(shí),就有機(jī)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了雙擺防舞器和線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒,同時(shí)解決了改變冰形抑舞機(jī)理和穩(wěn)定性機(jī)理。這種形式大大提高了防舞器的功效,不但可以減弱分裂導(dǎo)線覆冰的不均

43、勻性,也可以體現(xiàn)穩(wěn)定性防舞機(jī)理。 穩(wěn)定性機(jī)理指的是根據(jù)線性動(dòng)力穩(wěn)定性理論來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性判定,首要條件是要建立高壓多分裂導(dǎo)線系統(tǒng)的舞動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并建立導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)微分方程。根據(jù)舞動(dòng)的力學(xué)分析,由此建立了高壓輸電線路系統(tǒng)的舞動(dòng)三自由度模型。 1導(dǎo)線的氣動(dòng)力效應(yīng) 16 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 橫向風(fēng)作用在覆冰的導(dǎo)線上時(shí)會(huì)引發(fā)氣動(dòng)激勵(lì)。氣動(dòng)力作用下的導(dǎo)線斷面如下圖所示,設(shè)相對(duì)風(fēng)速 v 與導(dǎo)線水平軸的夾角為,導(dǎo)線處水平風(fēng)速為 v,氣動(dòng)r1d力包含以下 3個(gè)分量,一個(gè)是順風(fēng)速方向的空氣阻力為 ,另一個(gè)是與風(fēng)速方向l m垂直的氣動(dòng)升力為 ,最后一個(gè)是扭轉(zhuǎn)力矩為 。氣動(dòng)激勵(lì)的導(dǎo)線斷面如圖 3-5所示:

44、 圖 3-5 氣動(dòng)激勵(lì)的導(dǎo)線斷面圖 h三個(gè)作用力 l、 d和 m 均和攻角相關(guān), ,其中初始扭轉(zhuǎn)角度0 1v數(shù)是,導(dǎo)線繞其軸線中心的轉(zhuǎn)角是,覆冰截面的特征高度是 h,氣動(dòng)升力是0l,氣動(dòng)阻力是 d,扭轉(zhuǎn)力矩 m ,則: 12 2 3l? d v cc? c? cl0 l1 l2 l3212 2 3d? d v cc? c? c 3-4 d0 d1 d2 d32? 12 2 2 3m? d v cc? c? cm 0 l1 m 2 m 32式中 ?空氣密度, d ?裸導(dǎo)線的直徑; c , c , c i0,1,2,3?常數(shù),可利用最小二乘法,曲線擬合確定l i d i m i導(dǎo)線模型的空氣動(dòng)力特

45、性數(shù)據(jù)。 由此可得 f , f , f 的線性方程如下,其中常數(shù)項(xiàng)已被忽略: y x m2? d vyd vd v?flcos? dsin? ld ccc? c h y 1 1 1 l1 d0 l1 l12t 2 2t2? d vyd vd v?flsin? d cos? l? d? ccc? c h? 3-5 x 1 1 1 l0 d1 d1 d12t 2 2t? 1 1? 1y2 2 2 2f? d v c d v h? d v cm m 1 m12 2t 2t17 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 2在空氣動(dòng)力激勵(lì)作用下的導(dǎo)線控制方程 計(jì)算風(fēng)激勵(lì)下的穩(wěn)定性條件的覆冰導(dǎo)線失穩(wěn)的臨界條件

46、,不考慮導(dǎo)線在發(fā)生舞動(dòng)后的狀態(tài),采用以下假定: 覆冰形狀、厚度在檔內(nèi)不變; 導(dǎo)線兩端為固定支點(diǎn); 僅考慮導(dǎo)線作水平、垂直、扭轉(zhuǎn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng); 張力和氣動(dòng)力在檔內(nèi)不變。 現(xiàn)在選取一個(gè)長(zhǎng)為 d s的分裂導(dǎo)線微元,假定間隔棒固定線夾所持有的子導(dǎo)線所受氣動(dòng)力是大致相同的,間隔棒回轉(zhuǎn)式線夾所握持的子導(dǎo)線所受空氣動(dòng)力相等。分裂導(dǎo)線坐標(biāo)系統(tǒng)如圖 3-6所示:圖 3-6 分裂導(dǎo)線坐標(biāo)系統(tǒng)圖 考慮導(dǎo)線及附加質(zhì)量的重力,風(fēng)作用于導(dǎo)線上的升力、張力、阻力、慣性力、阻尼力,建立平衡方程 0, f y 0;考慮到空氣動(dòng)力矩、慣性力矩、重力f x矩、阻尼力矩,建立圍繞子導(dǎo)線分裂圓中心的力矩平衡方程 m 0。 分裂導(dǎo)線的

47、舞動(dòng)動(dòng)力學(xué)微分方程為 2 2? yyymctfs? y v2 2tts2 2? xxxmctf s3-62 x 2 htts2 2icg jm s0 t2 2tts其中: mn mm m lm l 3-7 c c i s p式中: t ?導(dǎo)線張力; x?導(dǎo)線的水平向位移; y?導(dǎo)線的垂直向位移; v?風(fēng)速; 18 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 ?導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)方向位移; ?初始扭轉(zhuǎn)角; 0?防舞器陲頭的方位角; 0i ?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; n ?分裂數(shù); cm ?單位長(zhǎng)度導(dǎo)線質(zhì)量; cm ?單位長(zhǎng)度導(dǎo)線覆冰質(zhì)量; im l?單個(gè)間隔棒質(zhì)量; sm l?單個(gè)防舞器錘頭質(zhì)量。 p通常認(rèn)為駐波是導(dǎo)線舞動(dòng),

48、舞動(dòng)時(shí)其波形會(huì)以多個(gè)半波狀態(tài)呈現(xiàn),根據(jù)實(shí)際的觀測(cè)統(tǒng)計(jì),一、二、三個(gè)半波的舞動(dòng)為其主要表現(xiàn)形式;另外,在長(zhǎng)于三個(gè)半波時(shí)導(dǎo)線舞動(dòng)的波形的振幅也逐漸減小,可以忽略不計(jì),因此,在分析線路舞動(dòng)振型時(shí),以一、二、三個(gè)半波分析為主要依據(jù)。 用 galerkin法解偏微分方程組,以試函數(shù)的級(jí)數(shù)形式將位移展開(kāi) 3y s, t? s y tk kk ?13? s, t? s t 3-8k kk ?13x s, t? s x t?k kk ?1式中 s, s, s第 k 階主振型; kk ky t, x t, t第 k個(gè)模態(tài)函數(shù)?？紤]弦振動(dòng)的特性和邊界條件可得 k k kks ssinklks ssin 3-9 k

49、?l? ks? ssink?l3導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性判定 通過(guò)計(jì)算分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)氣動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程,其控制方程的特征多項(xiàng)式可以得到,如式3-10和3-11: 2f ?m? c? k 3-10 或 66if? a? 3-11ii ?0這里, ?為多項(xiàng)式特征值, a 為特征多項(xiàng)式的系數(shù)。 i19 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 根據(jù) routh-hurwitz 穩(wěn)定性判斷式,如果同時(shí)滿(mǎn)足下列條件,則系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng): a01 1? a a1 0 02a a3 2?a a 01 0a a a03 3 2 1a a a5 4 3?a a 0 01 0a a a a3 2 1 0? 3-124a a a a5

50、 4 3 2?0 a a a6 5 4? a a 0 0 01a a a a 03 2 1 0a a a a a5 5 4 3 2 10 a a a a6 5 4 30 0 0 a a6 5 a6 6 5上述條件如果有一個(gè)不滿(mǎn)足,則可認(rèn)為導(dǎo)線系統(tǒng)的狀態(tài)有可能失穩(wěn),導(dǎo)線產(chǎn)生舞動(dòng)。通過(guò)加裝防舞裝置,能夠改變系統(tǒng)參數(shù),進(jìn)而使得系統(tǒng)擺脫不穩(wěn)定狀態(tài),成為穩(wěn)定狀態(tài),這也是防舞設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。 防舞設(shè)計(jì)應(yīng)用了線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器,將氣象條件、舞動(dòng)設(shè)防范圍及線路參數(shù)等代入方程,同時(shí)還要考慮防電暈、微風(fēng)振動(dòng)等的因素,最后確定防舞器的參數(shù)(檔內(nèi)總質(zhì)量、擺角、擺長(zhǎng)等)。線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器如圖3-7所示

51、。 20 第三章 輸電線路防舞的理論研究及措施 外包型線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器 內(nèi)嵌型線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器 圖 3-7 線夾回轉(zhuǎn)式間隔棒雙擺防舞器樣品圖 3.2.4 防舞器特點(diǎn) 舞動(dòng)治理很重要的方面是對(duì)發(fā)生舞動(dòng)的線路加裝防舞裝置,以改變導(dǎo)線系統(tǒng)的參數(shù),達(dá)到防治舞動(dòng)的目的。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和探索,國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)出的防舞裝置約 20 種,他們均是基于不同的舞動(dòng)機(jī)理(den hartog、o.nigol、慣性機(jī)理、穩(wěn)定性機(jī)理)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。 常用的防舞裝置見(jiàn)表3-1:表 3-1 防舞裝置 序號(hào) 防舞器 造價(jià) 主要特點(diǎn) 存在老化、放電、彎曲等問(wèn)題,可應(yīng)用于 220kv 以下的輸1 相間間隔棒 較高 電線路,有較好的防舞效果 2 雙擺防舞器 較低 適用于分裂導(dǎo)線,安裝方便,有較好的防舞效果 應(yīng)注意對(duì)微風(fēng)振動(dòng)的影響,適用于分裂導(dǎo)線,有較好的防3 偏心重錘 較低 舞效果 4 失諧擺 較低 在單導(dǎo)線上應(yīng)用有效,在分裂導(dǎo)線上的應(yīng)用有待研究。 5 阻尼器、減振器 較高 對(duì)低頻舞動(dòng)較為有效 擾流防舞器(防舞6 較高 單導(dǎo)線上應(yīng)用多于分裂導(dǎo)線,主要用于覆冰較薄的地區(qū) 鞭) 7