输电导线增容过程中温升和力学响应的有限元分析

摘要

输电线路在增容过程中能否安全运行取决于导线的温升、应力和弧垂响应。输电线路所能承受的最大载流量取决于材料强度、气候条件和最高温度这三个指标。因此，本文对增容输电导线的温度场和应力/弧垂响应做出了分析。
　　基于温度场分析，本文提出了一种基于有限元计算动态下输电导线截面上不均匀温度场的数值方法，该方法可以考虑瞬态条件下太阳辐射、空气对流、环境温度等环境条件因素的影响。该方法突破了传统的摩尔根公式的局限性，获得了动态变化外界环境条件下输电导线的暂态温度场响应，首次得到出了导线截面上不均匀温度场分布。在此基础上，本文详细地分析了不均匀温度分布和外部环境条件之间的内在联系。结果表明：传统的摩尔根公式所预测结果在大载流量、大表面吸热系数（旧线）、高环境温度以及高太阳辐照条件下存在较大误差，在这些条件下必须考虑导线截面的温度不均匀分布。此外，传统摩尔根公式预测温度低于有限元模拟所得导线截面上的最高温度，基于它的设计偏于危险，在以上条件下其应用应该谨慎或做相应的修正处理。
　　基于应力-弧垂分析，本文提出了一种基于有限元计算计算架空输电导线增容后应力和弧垂的数值方法，该方法考虑了传统悬链线方法未考虑的热应变、弹性应变和蠕变应变对弧垂的影响。并分析了大跨度架空输电导线沿长度方向不均匀温度分布对导线应力和弧垂的影响。结果表明：该方法所得结果与实验所测结果误差小，具有可靠性，并且导线的弧垂响应更加敏感的依赖于导线两端悬挂点的温度，与导线中间的温度分布依赖性相对较小。此外，无论档距大小，导线轴向应力最大值在导线悬挂点附近，因此最好将传感器亦布置在其附近。

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1 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究状况

1.3本文主要研究内容和创新点

2 增容条件下导线温度瞬态计算的理论基础

2.1钢芯铝绞线的稳态热平衡

2.2导线温度和载流量计算的传统摩尔根公式

2.3修正的摩尔根公式

2.4导线增容温升的暂态分析法

2.5 基于ANSYS的有限元法

2.6 小结

3 基于ANSYS的有限元仿真法分析暂态增容条件下导线温度

3.1模型建立和边界条件加载

3.2计算结果及其分析

3.3小结

4 基于ANSYS的有限元仿真法计算弧垂理论基础

4.1导线结构找形分析

4.2导线的蠕变以及热-力耦合场分析

4.3小结

5 基于有限元软件ANSYS的导线轴向温度不均匀分布的影响

5.1 导线梁模型及初始构形计算和实验对比

5.2 轴向温度不均匀分布对弧垂的影响

5.3 轴向温度不均匀分布对应力的影响

5.4 小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献