分裂导线尾流诱发振荡数值模拟研究

摘要

风场中分裂导线的背风侧子导线位于迎风侧子导线的尾流驰振区时，可能会发生气动失稳，从而导致尾流诱发振荡。分裂导线发生尾流诱发振荡时持续的时间较长，容易导致线夹、相内间隔棒等金具的破坏，严重时会引起子导线之间的碰撞，对电网的安全运行造成极大威胁。因此，研究分裂导线的尾流诱发振荡具有重要理论意义和实用价值。
　　本论文首先以四分裂导线为对象，利用FLUENT软件数值模拟子导线间距固定时的绕流场，得到各子导线的气动系数随风攻角的变化规律，并与风洞试验结果进行比较，验证了数值模拟方法的有效性。
　　尾流中子导线的气动特性随其在尾流区中的位置发生变化，是研究分裂导线尾流诱发振荡的重要基础。以双分裂导线为研究对象，利用FLUENT软件模拟其绕流场，计算两根子导线的空气动力系数，得到背风侧子导线的气动系数随两根子导线相对间距的变化规律，为双分裂导线尾流诱发振荡数值模拟提供相应的气动系数。
　　基于ABAQUS软件，给出数值模拟双分裂导线尾流诱发振荡的方法。通过建立双分裂线路的有限元模型，计算得到线路的动力特性，分析了其次档距局部模态和固有频率。模拟研究典型线路在间隔棒等间距和非等间距两种排布方式下的尾流诱发振荡过程，得到尾流诱发振荡过程中次档距的振动形态、频率和振动幅值等。模拟得到的导线运动轨迹近似为水平椭圆，两子导线的位移相位差接近180°，与现场观察结果一致。此外，还分析比较了间隔棒等间距和非等间距两种排布方式下分裂导线的尾流诱发振荡特征，为双分裂导线相内间隔棒排布方式的研究提供了参考。
　　假设四分裂导线发生尾流诱发振荡过程中，两根背风侧子导线分别处于各自正对的迎风侧子导线产生的尾流区域内，认为该两根子导线的气动系数与双分裂导线背风侧子导线的相同，进而对典型线路段的尾流诱发振荡进行了模拟研究。通过分析导线振动过程中各子导线的相对位置变化，发现两根背风侧子导线始终位于各自正对的迎风侧子导线的尾流区中，表明前述假设是合理的。分析四分裂导线尾流诱发振荡的特征表明，同一对子导线的位移相位反相，运动轨迹接近水平椭圆，与现场观测到的结果一致。进一步分析比较了相内间隔棒等间距和非等间距排布时的尾流诱发振荡特征。
　　本论文研究成果为双分裂和四分裂导线尾流诱发振荡的研究提供了有效的数值模拟方法，为进一步研究其防治技术奠定了基础。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要研究内容

2 分裂导线气动特性数值模拟方法

2.1 引言

2.2 计算流体力学理论基础

2.3 固定分裂间距下四分裂导线气动特性数值模拟

2.4 本章小结

3 双分裂导线气动特性数值模拟

3.1 引言

3.2 迎风侧子导线对背风侧子导线气动特性的影响

3.3 两子导线不同相对位置时的绕流场数值模拟

3.4 子导线不同相对位置时的气动系数

3.5 本章小结

4 双分裂导线尾流诱发振荡数值模拟

4.1 尾流诱发振荡数值模拟方法

4.2 典型线路段及有限元模型

4.3 整档模态和次档距局部模态

4.4 间隔棒等间距排布时导线尾流诱发振荡特征

4.5 间隔棒非等间距排布时导线尾流诱发振荡特征

4.6 间隔棒排布方式对次档距振荡的影响

4.7 本章小结

5 四分裂导线尾流诱发振荡数值模拟

5.1 子导线不同相对位置时的气动系数

5.2 典型线路段及有限元模型

5.3 整档模态和次档距局部模态

5.4 四分裂导线尾流诱发振荡模拟

5.5 导线振荡过程中背风侧子导线的运动范围

5.6 间隔棒排布方式对导线尾流诱发振荡特征的影响

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目