振動(dòng)測(cè)試與分析報(bào)告(共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上輸電線微風(fēng)振動(dòng)測(cè)試技術(shù)報(bào)告 任課教師：劉娟 組員：2016年6月10日專心-專注-專業(yè)1 大跨越輸送線路背景線路大跨越是輸電線路的重要組成部分，在線路運(yùn)行過程中具有特殊重要地位。架空電線路經(jīng)常發(fā)生超過允許幅值的微風(fēng)振動(dòng)，往往導(dǎo)致某些線路部件的疲勞損壞，如導(dǎo)地線的疲勞斷股，金具、間隔棒及桿塔構(gòu)件的疲勞損壞或磨損等，其中導(dǎo)線疲勞斷股是架空送電線路普遍發(fā)生的問題，嚴(yán)重時(shí)需要將全線路更換為新導(dǎo)線。所有的高壓送電線路都受到微風(fēng)振動(dòng)的影響，尤其在線路大跨越上，因具有檔距大、懸掛點(diǎn)高和水域開闊等特點(diǎn)，使風(fēng)輸給導(dǎo)地線的振動(dòng)能量大大增加，導(dǎo)地線振動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)較普通檔距嚴(yán)重。2 微風(fēng)振動(dòng)的原

2、理與波形特點(diǎn)2.1 微風(fēng)振動(dòng)原理導(dǎo)線的振動(dòng)是由于風(fēng)作用于導(dǎo)線而產(chǎn)生的“卡門旋渦”造成的。把一個(gè)圓柱體,水平地放在風(fēng)洞的試驗(yàn)中,并把圓柱體的兩端剛性地固定住。如圖1所示,當(dāng)風(fēng)vs從垂直于圓柱體軸線的方向作用于圓柱體后,在圓柱體的背后將產(chǎn)生旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦。旋渦發(fā)生在圓柱體背風(fēng)面處,上下交替地產(chǎn)生,不斷地離開圓柱體向后延伸,漸漸消失。由于這種上下交替旋渦的產(chǎn)生,風(fēng)對(duì)于圓柱體的作用除了有一個(gè)水平的壓力外,在圓柱體上還有一種上下交替的力,在此交變力的作用下圓柱體產(chǎn)生持續(xù)振動(dòng)。圖1 卡門渦街卡門和司脫羅哈最早研究了旋渦的特性后發(fā)現(xiàn),當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)旋渦有比較穩(wěn)定的頻率fs,常稱為司脫羅哈頻率或沖擊

3、頻率,這個(gè)交變力的頻率與風(fēng)速,圓柱體的直徑有如下關(guān)系:另外，導(dǎo)線之所以能夠持續(xù)振動(dòng)其主要是由于同步效應(yīng)作用的結(jié)果。風(fēng)作用于圓柱體后,由于產(chǎn)生卡門旋渦,根據(jù)上式,導(dǎo)線會(huì)以一定的頻率fs開始振動(dòng),如果風(fēng)對(duì)圓柱體產(chǎn)生的沖擊頻率與圓柱體的固有頻率f0相同時(shí),則會(huì)引起諧振使作用于圓柱體上的交變沖擊力變大,激發(fā)圓柱體產(chǎn)生較大振幅的振動(dòng)。當(dāng)圓柱體以f0=fs的頻率振動(dòng)后,氣流將受到導(dǎo)線振動(dòng)的控制,導(dǎo)線背后的旋渦將表現(xiàn)為很好的順序性,其頻率也為f0。當(dāng)風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí),(約相應(yīng)f0的士20%范圍),圓柱體的振動(dòng)頻率和旋渦的頻率都不變化仍保持為fs,這種現(xiàn)象稱為“同步效應(yīng)”。電線受到微風(fēng)(1一3級(jí))吹拂時(shí)

4、,由于產(chǎn)生卡門旋渦和同步效應(yīng)(或鎖定效應(yīng)),加之電線振動(dòng)振幅的自限作用,使得電線產(chǎn)生小振幅的持續(xù)振動(dòng),即微風(fēng)振動(dòng)。電線的振動(dòng)波形有單一的駐波和行波,最常見的是有由以上二者混合成的拍頻波。(1)圖所示波來回于檔內(nèi)時(shí)能出現(xiàn)這種波形,可觀察到某點(diǎn)發(fā)生間歇性振動(dòng),行波產(chǎn)生的原因可能是由于桿塔振動(dòng)帶動(dòng)線夾上下振動(dòng),一般在振動(dòng)發(fā)生的初期可能出現(xiàn)這種行波。圖2行波 (2)圖3所示當(dāng)檔內(nèi)具有同樣風(fēng)吹時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種大體上具有相同振幅和頻率且波節(jié)、波腹位置不變的駐波。圖3駐波(3) 圖4所示，振幅周期性的由最大值變到最小值,常是行波和駐波迭加的波形,其形成原因可能是在整個(gè)檔內(nèi)風(fēng)速和方向隨時(shí)間和長(zhǎng)度而變化使之出現(xiàn)兩個(gè)

5、以上不同頻率的振動(dòng)圖4 拍頻波在實(shí)際線路上所觀察到的微風(fēng)振動(dòng)波形很少是純粹的駐波形式，而常?？吹降牟ㄐ问钦穹S時(shí)間沿檔距有較大變化。按照波形的特點(diǎn)，可分為行波、拍頻波及駐波等三種主要形式。大量實(shí)測(cè)波形說明，架空線微風(fēng)振動(dòng)波形通常并非簡(jiǎn)單的正弦波。實(shí)際上常表現(xiàn)為較復(fù)雜的波形，波形在時(shí)間和空間上變化較大，其中包含了許多諧波成分。3.2 建立數(shù)學(xué)模型，求解波動(dòng)方程式假設(shè)導(dǎo)線兩端固定，不計(jì)導(dǎo)線剛度和阻尼，這時(shí)振動(dòng)理想化，形成駐波。但實(shí)際上，對(duì)于標(biāo)號(hào)較大的導(dǎo)線，特別是在線夾出口處，其剛度已經(jīng)不可忽略，線夾出口處的振動(dòng)波形與遠(yuǎn)離線夾處的波形是有一定區(qū)別的。在運(yùn)行線路上由于安裝了防振器，而防振器對(duì)振動(dòng)的阻尼

6、是非線性的，振動(dòng)波沿檔向兩側(cè)傳送后多次反射疊加，加上在一個(gè)大檔距中，引起振動(dòng)的風(fēng)速和激振力在時(shí)間和空間上都有所不同，因此到達(dá)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的波頭不止一個(gè)，形成了振幅和相位各不相同的波形組合。關(guān)于拍頻波，很可能是不同風(fēng)速的兩個(gè)或更多的波頭疊加所形成的。若假設(shè)導(dǎo)線是一根承受張力完全柔軟的弦，即忽略導(dǎo)線的剛度和阻尼，導(dǎo)線共振時(shí)可以形成穩(wěn)定的駐波振動(dòng)，駐波方程可用下式表示：使用文檔中的獨(dú)特引言吸引讀者的注意力，或者使用此空間強(qiáng)調(diào)要點(diǎn)。要在此頁(yè)面上的任何位置放置此文本框，只需拖動(dòng)它即可。電線上各點(diǎn)的速度為：電線上各點(diǎn)的加速度為: 導(dǎo)線振動(dòng)時(shí),弧線上任一點(diǎn)x處的斜率tga為：當(dāng)x=0時(shí)，可得到懸垂線夾出口的振

7、動(dòng)角為：振動(dòng)角最大值為:上式中的懸掛點(diǎn)最大振動(dòng)角“該點(diǎn)振幅與懸掛點(diǎn)的最大動(dòng)彎應(yīng)力成比例,故通常是衡量振動(dòng)嚴(yán)重程度的重要參數(shù)。國(guó)際上測(cè)振統(tǒng)一規(guī)定以距線夾出口x=89mm處的振幅A89=yx作為測(cè)量振幅的標(biāo)準(zhǔn),上式的近似值為:以上討論的只是無阻尼,無剛度的電線振動(dòng)方程,而實(shí)際中的導(dǎo)線是具有一定剛度和自阻尼的,但是由于導(dǎo)線的剛度、自阻尼具有很強(qiáng)的非線性,必須通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得,因此,這里盡對(duì)導(dǎo)線振動(dòng)特性的原理做簡(jiǎn)單推導(dǎo)和分析,其他情況推導(dǎo)的原理類似。3 微風(fēng)振動(dòng)的測(cè)量方法與原理3.1 彎曲振幅法3.1.1彎曲振幅法的定義彎曲振幅法(圖3)是測(cè)取電線距線夾出口89mm處電線相對(duì)于線夾的彎曲振幅，以此值大小來

8、測(cè)算導(dǎo)線在線夾出口處的動(dòng)彎應(yīng)變，作為測(cè)量導(dǎo)線振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方法。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是采用相對(duì)振幅的測(cè)量方法，來衡量導(dǎo)線受微風(fēng)振動(dòng)的危害程度，實(shí)踐證明是測(cè)量懸垂線夾處導(dǎo)線振動(dòng)的實(shí)用方法。圖6測(cè)量原理示意圖3.1.2 彎曲振幅法的特點(diǎn)基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并采用“正裝法”安裝使用的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，特點(diǎn)是儀器本體采用連接夾具固定在懸垂線夾下部，測(cè)振儀傳感器探頭在距電線與線夾分離點(diǎn)89mm處與電線接觸或連接，定時(shí)抽樣記錄該處相對(duì)振幅等數(shù)據(jù)，這種裝置僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)懸垂線夾處電線進(jìn)行測(cè)量。動(dòng)彎應(yīng)變與彎藍(lán)振幅間的關(guān)系方程式如下式子，在小振幅條件下，線夾出口處動(dòng)應(yīng)變與89mm處彎曲振幅之間的關(guān)系，以下列計(jì)算公式表示之；其中，

9、3.2反裝振幅法3.2.1技術(shù)背景上述彎曲振幅法廣泛用于對(duì)懸垂線夾處電線進(jìn)行測(cè)量，但是實(shí)踐中證實(shí)，電線因微風(fēng)振動(dòng)而產(chǎn)生斷股，斷股的部位不僅僅出現(xiàn)在懸垂線夾處，而在電線的其它部位，如阻尼線夾頭、防振錘夾頭、間隔棒夾頭等處，也有防振薄弱環(huán)節(jié)。但正常安裝法對(duì)上述部位測(cè)試安裝困難較大；其次，如果在線夾中襯有橡膠或塑料墊(有些懸垂線夾、間隔棒夾頭內(nèi)設(shè)計(jì)有減振耗能的橡、塑墊)時(shí)，由于吸能元件的作用，使得正常安裝法的測(cè)試結(jié)果可能會(huì)無效。正常安裝法在使用過程中受到了限制，在這種前提下產(chǎn)生了反裝法，它解決了正常安裝法所不能解決的問題，從理論到實(shí)踐，形成了一套符合于IEEE測(cè)振標(biāo)準(zhǔn)的完整體系。圖7反安裝振幅法原理

10、示意圖3.2.2定義及特點(diǎn)基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并采用“反裝法”安裝使用的的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，特點(diǎn)是將測(cè)振儀直接安裝于電線上，測(cè)振儀的夾具距離電線與線夾分離點(diǎn)89mm，測(cè)振儀傳感器探頭與該分離點(diǎn)接觸，自動(dòng)抽樣記錄相對(duì)振幅等數(shù)據(jù)。相對(duì)振幅是基于兩點(diǎn)的相對(duì)振幅，一點(diǎn)為導(dǎo)線與線夾的最末接觸點(diǎn)3，另一點(diǎn)為距3點(diǎn)89ram處的點(diǎn)4，測(cè)振儀夾具直接安裝于該點(diǎn)4，3與4點(diǎn)的相對(duì)橫向振幅Ya妒一P)即為反裝振幅，或倒裝振幅。優(yōu)點(diǎn)：(1)安裝簡(jiǎn)單，直接安裝于電線上，無需在懸垂線夾上考慮儀器的安裝；(2)不僅用于懸垂線夾處測(cè)量，還可以用于測(cè)量?jī)?nèi)部可能襯有橡膠或塑料墊的阻尼線夾頭、防振錘夾頭、間隔棒夾頭處的振幅；(

11、3)能靈活用于護(hù)線條端部處的振幅測(cè)試。動(dòng)彎應(yīng)變與倒裝振幅的關(guān)系：倒裝振幅與動(dòng)彎應(yīng)變之間有一定比例關(guān)系，通過轉(zhuǎn)換同樣可以得出動(dòng)彎應(yīng)變，該關(guān)系式如下：圖8監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝示意圖4 數(shù)據(jù)收集與分析圖9線夾處最大彎曲振幅與頻率關(guān)系曲線圖10線夾處振動(dòng)次數(shù)與頻率關(guān)系曲線最大彎曲振幅、振動(dòng)次數(shù)與頻率的關(guān)系曲線見圖9和圖10，圖中可以看出頻率在44-45Hz 時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度最大，且振動(dòng)次數(shù)最多，但彎曲振幅曲線均在安全范圍下。圖1124月動(dòng)彎應(yīng)力應(yīng)力分布圖圖1214月風(fēng)速分布圖圖11及圖12為利用彎曲振幅法測(cè)得信號(hào)進(jìn)行分析所得到的幾個(gè)月份的最大動(dòng)彎應(yīng)力分布圖及所測(cè)輸電線位置的風(fēng)速分布試件圖。結(jié)合多個(gè)月的最大動(dòng)彎應(yīng)力分布情況及輸電線的疲勞破壞情況可對(duì)這兩者的關(guān)系進(jìn)行定量研