连续档覆冰导线非线性舞动特征研究

Overhead transmission lines in china have been in developing fast. Galloping of continuous spans caused by ice coating greatly threatens the sage operation of power system. This project plans to study the galloping characteristics and model for continuous span. With the equivalent simplified model, Effects of line parameters of the nearby and galloping spans on the characteristics of galloping orbit and tension are theoretically analyzed, Galloping characteristics of nonlinear internal resonance of galloping spans for mode coupling are investigated emphatically; With the simplified coupling model, The response characteristics of random span under excitation of galloping span are theoretically analyzed, Probe into nonlinear response of iced conductor under different resonance combination; by model experiment for suspension cables, the influences of the excitation frequency and amplitude on amplitude of different spans cable is further studied, and the validity of theory and numerical method are verified. A finite element model of continues spans was established, the influences of dynamic response of other spans on position of galloping span and line parameter are investigated numerically. The project is aimed at the resonant conditions and dynamic response of different spans and model, this research laid the theoretical foundations for prevention of conductor galloping.

我国高压输电线路已进入快速发展时期，而导线覆冰容易引起整个连续档导线的舞动，严重威胁电力系统的安全运行。本项目拟对连续档覆冰导线的舞动特征及舞动的激发模式进行基础研究。具体内容包括：建立等效简化模型，理论研究相邻档、舞动档线路结构参数对舞动轨迹、张力等特征的影响，重点研究舞动档导线模态耦合非线性共振的舞动特征；建立简化耦合模型，理论研究任意档覆冰导线受到相邻舞动档导线激励时的响应特征，探讨各共振频比点下的该档覆冰导线的非线性响应特性；通过多档柔索模型试验研究激励载荷的频率和幅值对不同档柔索振动幅值的影响，并用来验证理论及数值方法；最后建立连续档导线的精细有限元模型，通过数值方法研究舞动档位置和及线路参数对连续档内其它档导线动力响应的影响。本项目旨在揭示连续档输电线不同档之间以及同一档不同模态之间产生共振的条件以及产生共振后导线的动力响应特性，研究内容为舞动防治奠定坚实的理论基础。

我国高压输电线路已进入快速发展时期，而导线覆冰容易引起整个连续档导线的舞动，严重威胁电力系统的安全运行。本项目研究了连续档覆冰导线动态特性及舞动的激发模式。研究达到了预期目的，取得的主要研究成果如下：.(1)为了揭示输电线路舞动时各档导线之间的相互影响，以绝缘子串及单档导线为子结构，通过子结构的力和位移连续条件求解方程，提出了连续档输电线动刚度的计算方法。结果表明，当动刚度出现极大值时，谐波激励频率和该连续档导线的自振频率相同，依据这一结论可以获取连续档导线的自振频率。同时，以此为基础讨论了将连续档导线等效为弹簧－质点的可能性，具体算例表明在保证两者之间静刚度和频率相同时，通过调整弹簧刚度比和阻尼可以使两者之间的动刚度曲线一致。.(2)研究了多跨索面内自由振动特性。首次提出了基于动刚度法的两跨及三跨索面内固有频率计算方法，采用该方法计算多跨索的频率更快捷、方便。新方法方便推广于任意多跨索频率的计算,获得的频率和模态可应用于覆冰输电线气动稳定性及动力响应的理论分析。.(3)根据有限元方法研究了只有中间档满足舞动条件时档距、档数变化对耐张段内各档导线振动幅值的影响。结果表明：舞动档导线和相邻档导线档距相差越大，舞动档导线的振动幅值越小；耐张段内档数和舞动档导线振动幅值成正比，但耐张档档数超过5之后，档数变化对舞动档导线振动幅值影响较小；若中间档覆冰导线只有部分区域满足舞动条件也可使整个连续档导线发生大幅振动。.(4)采用非线性有限元方法模拟研究存在内共振的覆冰四分裂导线的非线性舞动。通过稳定风场和随机风场中典型覆冰四分裂线路舞动过程的数值模拟，研究当覆冰四分裂导线的对称面内模态频率与面外模态频率之比接近于2∶1，即存在内共振条件时，导线的舞动特征。结果表明，存在内共振的覆冰四分裂导线在舞动过程中，其能量在竖直面内运动和横向水平面外运动之间不断交换，与不存在内共振线路的舞动特征差别明显。