大档距大高差输电线路导线脱冰动力响应数值模拟研究

摘要

冰区输电线路导线覆冰脱落时，会引起导线上下振动，从而对导线和杆塔产生冲击，严重时会导致电气绝缘事故或机械事故的发生，影响输电线路的正常运行。在四川、贵州、重庆、湖北等地区，存在不少跨越高山、峡谷、河流的输电线路，这些线路通常具有大档距大高差的特点，其导线脱冰动力响应以及杆塔的安全性可能与常规线路不同，值得深入系统的研究。　　本论文首先介绍输电线路导线脱冰动力响应数值模拟方法，包括导线、间隔棒、绝缘子串有限元模型的建立，导线覆冰及脱冰载荷的模拟，导线脱冰过程的数值模拟方法及其在ABAQUS有限元软件中的实现。　　针对现有导线脱冰跳跃高度计算公式不适用于大档距大高差线路的问题，在已有研究成果基础上，重点针对大档距大高差线路，采用有限元方法模拟研究在不同线路结构参数和脱冰条件下导线的脱冰动力响应，通过分析数值模拟得到的导线冰跳高度与各种参数的数据关系，采用非线性回归方法，得到计入线路档距和高差影响的导线脱冰跳跃高度工程适用简化公式，该公式适用于包括大档距大高差的线路，完善了公式的适用范围。　　在有风载荷作用时，导线脱冰后除了会上下振动，同时还会发生横向摆动，其运动轨迹近似为椭圆状。有风荷载作用时导线脱冰引起的横向摆幅，也是影响导线绝缘安全性的重要参数。基于有风时导线脱冰动力响应结果，给出计算导线横向摆幅的简化公式。　　针对典型大档距大高差线路，建立了输电线路塔线耦合体系有限元模型，对导线覆冰时塔线体系的应力进行了计算分析，并对最恶劣导线脱冰情况下塔线体系的动力响应进行了数值模型，得到导线和杆塔在覆冰和脱冰过程中的应力，分析了杆塔、导线和地线的应力和强度。　　本论文研究成果为冰区大档距大高差线路设计提供了重要的依据。

目录

1 绪论

1.1 工程背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 输电线路覆冰及脱冰跳跃研究现状

1.2.2 输电线路杆塔强度研究现状

1.3 本论文主要研究内容

2 导线脱冰动力响应数值模拟方法

2.1 引言

2.2 自重作用下导线的形状

2.3 导线及覆冰导线的阻尼

2.4.1 覆冰静载荷

2.4.2 脱冰载荷

2.4.3 风载载荷

2.5 导线脱冰动力响应有限元方法

2.6 本章小结

3 典型输电线路导线脱冰动力响应模拟

3.1 引言

3.2 线路结构及脱冰参数

3.3.1 绝缘子串模型

3.3.2 间隔棒模型

3.3.3 导线模型

3.4.1 无风时导线脱冰动力响应

3.4.2 有风时导线脱冰动力响应

3.5 本章小结

4 导线脱冰跳跃高度和横向摆幅

4.1 引言

4.2.1 覆冰厚度的影响

4.2.2 档距的影响

4.2.3 高差的影响

4.2.4 导线型号的影响

4.3 脱冰跳跃高度简化计算公式

4.4 风偏横向位移简化计算公式

4.5 本章小结

5 塔线耦合体系覆冰及脱冰安全性分析

5.1 引言

5.2 塔线体系有限元模型

5.2.1 线路结构参数

5.2.2 杆塔有限元模型

5.2.3 塔线体系有限元模型

5.3 覆冰作用下静力分析

5.4.1 导线脱冰时杆塔的应力及安全性

5.4.2 地线脱冰时杆塔的应力及安全性

5.4.3 导地线应力及安全性

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

C 学位论文数据集

致谢