覆冰导线舞动分析的增量谐波平衡法应用研究

摘要

高压输电线路覆冰导线舞动是由于稳态横向风的作用而引起的一种自激振动,具有大振幅,低频率的特征,严重影响高压输电线路的安全运行。由于舞动的大振幅,容易造成严重的电力事故,包括导线断裂,输电塔架坍塌,金具及其他零部件损坏等,从而导致重大的经济损失。研究分析高压输电线路覆冰导线舞动,特别是舞动的动态力学性能,对于提高高压输电线路在力学方面的安全性和可靠性有重要的意义,因此导线舞动的研究是一个既十分紧迫,又极其复杂,既具有重要的社会经济意义,又不能迅速彻底解决的世界性攻关课题。
　　本文采用柔索模型,运用Hamilton原理建立导线的四自由度大挠度非线性结构动力学模型,并得到了导线静态构形的计算公式。对于分裂导线,同时考虑间隔棒对导线的约束关系,采取位移增量的形式,推导建立了覆冰导线有限元模型,并应用推导的算法结构对实际工程中的三档分裂导线进行静力计算和线性模态计算。覆冰输电线的舞动具有强非线性的特征,对单导线和分裂导线结构在不同冰型和风速下建立导线的舞动分析方程,推导得出的舞动方程具有强非线性平方及立方刚度项、平方以及立方粘滞阻尼项,应用不依赖于初值的增量谐波平衡法(IHB)对舞动方程进行了求解,把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过程,通过计算分析得到舞动频率、幅度、舞动轨迹(构形),形成了一套有效的舞动计算分析方法。
　　运用本文的舞动计算分析方法,可以较为准确计算出舞动频率、幅度、舞动轨迹(构形),能够充分认识到输电线路的动态力学性能,对于评估输电线路的安全性和可靠性有一定的指导意义,保证高压电网的安全可靠运行。

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1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 覆冰导线舞动的研究现状

1.3 覆冰导线舞动有待解决的问题

1.4 论文的主要研究内容

2 覆冰导线结构动力学模型

2.1 引言

2.2 导线的柔索模型

2.3 本章小结

3 覆冰导线结构静力响应分析

3.1 引言

3.2 导线的静态构形及张力计算

3.3 静力响应计算实例

3.4 本章小结

4 覆冰导线结构线性模态分析

4.1 引言

4.2位移增量的线性有限元方程

4.3模态分析计算实例

4.4本章小结

5 覆冰导线结构舞动求解

5.1 引言

5.2 导线结构的舞动方程

5.3 舞动方程的数值求解方法

5.4 舞动分析计算实例

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望未来

致谢

参考文献

附录 气动力增量推导