恶劣气候条件下紧凑型架空输电线路系统导线荷载特性分析研究

利用已有的电网事故分析数据，针对紧凑型架空输电线路相间距离小的特殊性，分析和研究恶劣气候条件下紧凑型线路导地线系统的力学荷载特性，建立风（雨）荷载、覆冰荷载、电动力荷载，以及不同载荷组合作用情况下力学模型，并基于模糊数学理论技术，系统研究不同载荷模型及其组合情况下的架空输电线路的动力学载荷特性，深入分析不同载荷情况下输电线路导线事故（包括风偏、非同期摇摆以及舞动和脱冰跳跃等）的出现规律、发生机理、破坏特性以及相关影响因素，为建立不同载荷情况下紧凑型输电线路导地线动力学系统的分析、控制及试验研究系统，模拟荷载-结构耦合系统，为建立数值模拟试验线路奠定理论基础。同时促进恶劣气候条件下输电线路荷载特性的监测、模拟和预测的基础研究，为紧凑型输电线路试验线路的建设提供理论依据，为气候恶化环境下输电线路的安全稳定运行提供基础数据，为我国电网的建设、防灾减灾以及可持续发展提供科学依据。

利用已有的电网事故分析数据，针对紧凑型架空输电线路相间距离小，极易发生相间闪络、金具导线破坏等电气和机械故障的特点，分析和研究了恶劣气候条件下紧凑型线路导地线系统的力学荷载特性。开展了紧凑型输电线路风荷载特性分析、导线覆冰机理及风洞试验研究、覆冰导线空气动力学参数特性研究、风荷载试验模拟及多分裂输电线路导线动态风偏特性分析以及输电线路舞动模拟技术研究，得到结论如下：.1、建立了输电线路导线系统的动力学计算，以及两种不同的风荷载模型，分析了不同条件下相间间隔棒布置方案，提出了紧凑型线路防治非同期摇摆的相间间隔棒布置方式，在保障线路安全稳定运行的情况下，合理减少相间间隔棒配置数量，降低线路工程造价。.2、通过导线覆冰机理研究，利用引入的无量纲数覆冰比 ，有效地分析了不同条件下导线的覆冰特性规律：随风速和温度的提高，导线的覆冰量增加，在-2℃时，覆冰比分布较为集中，比与导线结构参数相关性较小；在-6℃，导线直径越小，覆冰比越高，表明在此温度下，直径较细导线较易覆冰，且覆冰量较大。.3、覆冰导线风洞试验结果表明，覆冰导线空气动力学参数与测试风速大小无关。对同一种覆冰导线，随覆冰厚度的增加，升力、阻力和扭矩系数具有较好的趋势一致性：覆冰厚度越大，阻力和扭矩系数越大，升力系数绝对值越大。新月型覆冰，升力系数与导线规格相关性较小，导线直径越小，阻力和扭矩系数越大；D型覆冰，升力系数和阻力系数与导线规格相关性较小，导线直径越小，扭矩绝对值越大；翼型覆冰与新月型覆冰类似，升力系数与导线规格相关性较小，导线直径越小，阻力和扭矩系数越大；扇型覆冰，升力、阻力和扭矩系数与导线规格相关性都较小，仅与冰厚相关。.4、设计了风洞试验方案，开展了绝缘子动态风偏特性模拟风洞试验，同样条件下，链式支撑风偏角小于杆式支撑风偏角，随着风压不均匀系数的增加，风偏角增大，呈现线性关系；随风速增大，悬垂串处风偏角增大，杆式悬挂绝缘子风偏角大于同样条件下的链式悬挂绝缘子风偏角。.5、输电线路舞动试验模拟研究中，利用单导线节段模型，得到了椭圆形舞动轨迹，并且随风速增加，舞动振幅增大，达到稳定状态时，水平位移和竖向位移随时间基本不变；新月型覆冰导线舞动振幅随风速的变化相对明显，覆冰厚度厚度越大，起舞风速阈值越低；对多分裂导线节段模型舞动模拟，其运动轨迹也是椭圆形，但起舞风速阈值低于单导线，即多分裂导线更易发生舞动。