论文摘要
输电线路的舞动是低频高幅的自激振动，产生的巨大的能量对输电线路的安全运行造成极大的隐患和危害，随着输电塔高度的增加及输电线路档距的增大，架空输电线高柔的特点更突出，舞动引起的断线及倒塔等严重电力事故频发，对舞动及其控制的研究对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文从气动力风洞试验、数值模拟两个方面对覆冰导线的舞动进行了研究，主要内容如下：覆冰引起的气动不稳是输电线路舞动的直接诱因，对覆冰导线气动特性的研究是解决舞动问题的基本，本文首先针对输电线路的经典覆冰类型和风场特性设计了覆冰导线气动特性测力风洞试验，分别进行了均匀流和紊流风场下的测力试验，得到了新月形、扇形、冠形在不同覆冰厚度下的气动特性，并研究了平均风速大小，紊流效应及二维流场效应等因素对覆冰导线气动特性的影响。其次针对目前覆冰导线气动力特性数据匮乏的特点，采用FLUENT软件进行了新月形、扇形、冠形三种覆冰截面在五种覆冰厚度下的气动特性仿真，基于风洞试验结果验证了数据的可靠性。然后对气动力结果进行了曲线拟合，得出了各覆冰截面在不同覆冰厚度及初始凝冰角下的竖向升力系数公式，丰富了风洞试验的结果，建立了详细的覆冰导线气动力特性数据库。然后本文建立了输电线的单自由度振子数学模型，基于准定常理论采用多尺度方法推导了舞动振幅的解析解，并采用Runge-Kutta方法编制了求解舞动时程的数值仿真程序，与解析结果进行了对比。本文系统的研究了覆冰截面、覆冰厚度、初始凝冰角以及升力曲线阶数等参数对舞动振幅的影响。针对舞动过程中振幅大等特点，提出了一种利用舞动现象进行能量获取的思路，并对不同覆冰形状的截面的能量获取率进行了分析。基于单自由度和两自由度振子系统，给出了舞动稳定性的判别公式。最后采用有限元程序ANSYS/LS-DYNA，建立非线性粘性阻尼器单元来模拟覆冰导线的气动特性，同时在输电塔上施加脉动风时程，进行了输电线舞动以及输电塔随机振动的显式有限元计算。采用本文方法对500kV海门到汕头榕江大跨越工程进行了风振计算，提出了施加防屈曲耗能支撑的控制方案，并对控制方案进行了优化。对压重防舞技术和相间间隔棒防舞技术进行了探讨，给出了防舞方案的优化设计思路，并对Port Credit线路进行了防舞设计。