山地地形输电线路舞动机制及其控制

山地地形下风场具有局部高湍流度、强风及斜风等特征，在冬季，覆冰输电线路容易发生大振幅、低频的舞动。项目将根据山区地形的高湍流、高风速、斜向风下导线节段模型风洞试验及流体力学数值模拟确定湍流及不同风偏角下覆冰输电线的非定常气动力模型，研究山区地形输电线路的舞动稳定性机制。依托真型输电塔示范线路的实测，研究山地地形中输电塔、绝缘子及导线体系的舞动稳定性。建立考虑扭转角大变形的分裂导线模型，研究包含输电塔、绝缘子特性等的输电塔-线体系耦联振动的分叉、内共振以及极限环等特性。通过风洞试验研究导线上的防舞装置（失谐摆、线夹回转式防舞动间隔棒等）的气动特性, 建立绝缘子、导线与防舞装置等体系耦联的非线性振动分析方法，分析导线抗弯刚度对输电线舞动减振的影响；研究减振体系振动的分叉、内共振以及极限环等特性，优化减振效果，为即将大规模建设的特高压线路的防舞提供理论和试验支持。

根据山区地形的高湍流、高风速、斜向风下导线节段模型风洞试验及流体力学数值模拟，建立了湍流及不同风偏角下覆冰输电线的非定常气动力模型，研究了山区地形覆冰输电线路的舞动稳定性机制，提出了考虑扭转角大变形的分裂导线曲梁模型，揭示了包含输电塔、绝缘子特性等边界条件的分叉、内共振以及极限环等规律，发现了导线抗弯刚度对输电线舞动影响，讨论和优化了减振效果，为特高压线路的防舞提供理论支持。主要工作如下：.（1）进行了高湍流下的输电线刚性和气动弹性模型风洞试验，研究表明，同时考虑湍流风速时程和三分力系数影响，在湍流风场下的竖向位移与扭转位移明显小于均匀流风场下相应模型的位移值。.（2）推导了基于空间曲梁的6自由度覆冰单根输电线有限元运动方程，其能考虑覆冰输电线舞动的扭转和平动耦联以及抗弯刚度。分析表明，湍流下舞动的随机性明显增大，由于抗弯刚度的影响，曲梁单元模型的位移小于同等条件下索单元的位移。随后利用多尺度法分别建立1:1内共振和2:1内共振下的简化幅值方程，并进行舞动性能分析。.（3）提出了基于曲梁理论的分裂导线有限元模型和混合模型的舞动分析模型。分析表明分裂导线采用节点铰接连接方式对输电线舞动具有一定的控制作用。采用稳定性理论建立了输电线起舞临界风速的公式，分析了湍流度、相关系数以及档距对分裂导线起舞风速及终止舞动风速的影响。讨论了塔线体系弹性边界对1:1内共振和2:1内共振舞动规律的影响。.（4）进行了斜风下的覆冰输电线舞动试验及分析，当风向角为±50°时，覆冰输电线的振幅最大且起舞风速最小。风向角0°~±20°时，振幅随风向角绝对值的增大而减小，舞动风速随风向角绝对值的增大而增大；风向角20°~50°及风向角-20°~-50°，振幅随风向角绝对值的增大而增大，舞动风速随风向角绝对值的增大而减小。.（5）基于UDF，使用动网格技术对网格进行更新，实现了覆冰导线截面的流固耦合分析。结果再现了覆冰导线截面涡量图的三个过程：舞动，舞动和涡激振动混合，涡激振动。通过对串列及错列双圆柱绕流模型进行非定常计算，揭示了雷诺数、间距比对串列双圆柱绕流影响规律。.（6）推导了失谐摆的刚度矩阵、质量矩阵，对安装失谐摆的导线进行了舞动时程分析，研究了失谐摆的防舞效果。采用稳定性理论求解输电线防舞体系的舞动临界风速，分析了档距、张力、失谐摆等因素对舞动临界风速的影响。