均匀覆冰下的架空线有限元找形分析.pdf

均匀覆冰下的架空线有限元找形分析 黄新波1，马龙涛2肖 渊2，遵明伟2 (1．西安工程大学电子信息学院，陕西西安710048；2．西安工程大学机电工程学院，陕西西安710048) 摘要：在ANSYS中建立导线有限元模型，分别对架空线在自重载荷作用和均匀覆冰且不考虑风载荷的2种 接近精确悬链线解，验证了ANSYS找形的可靠性。找形结果还说明在覆冰状态下导线的各个参数变化明显． 这对架空线路的安全运行造成了一定的隐患．有必要对其进行找形分析。进一步提出把有限元找形分析和在 线监测系统相结合，可以使得覆冰状态下的监测结果更加精确。 关键词：架空线；找形；索结构；覆冰；ANSYS；有限元；监测；模型 75 中图分类号：TM 文献标识码：A 0引言 1 架空线基本特性 我国电力事业发展迅猛．电网也随之不断延伸和 架空线属于典型的索结构．不能承受压力和弯 发展．经复杂地形及恶劣气候地区的架空线路越来 矩．主要依靠索的抗拉性能来承受外部荷载。针对 越多。输电线是电力系统的基础．输电线的振动以 架空线的受拉不受压的特性特作如下假设引： 及舞动．容易造成线路跳闸停电．甚至会导致导线折 a．架空线是理想柔性的．不能承受弯矩和压力： 断、杆塔倒塌等严重事故，造成重大经济损失…。确 b．架空线的受拉工作符合胡克定律： 定架空线路的初始状态是输电线路微风振动、覆冰 c．载荷均作用在节点上．各微元段内架空线呈 舞动、脱冰跳跃等动力分析的基础和前提，找形结果 直线。 的精度将直接影响后续动力分析的准确性[2]。 本文遵循上述假设。 索结构初始平衡状态的确定问题就是索结构的 2架空线找形的解析法 找形问题．本文将索结构的找形方法应用于确定架 空线的初始状态_3]。对于该问题的分析目前主要有 解析法的主要思路是在竖向荷载沿弦长或弧长 力密度法、动力松弛法、非线性有限元法3种。力密 均匀分布的作用下．利用数学和力学知识推导出架 空线的数学表达式。该方法概念清晰、求解方便，常 度法是由Schek等人在1974年提出的一种用于索 用于确定单跨架空线初始状态。 网结构的找形方法E4：：动力松弛法最早被J．H．Bun 架空线所受均布载荷一般分为2种形式： 和A．S．Dya用于索网结构．而M．R．Banres从20 世纪70年代以来的系列研究工作．成功地将这一 a．竖直载荷沿弧线均匀分布．此时架空线形状为 方法发展应用于索网及膜结构的找形．目前它在英 悬链线．由此导出的所有计算式均称为“悬链线公式”； 国被广泛采用㈧：非线性有限元法最早在20世纪 b．竖直载荷沿弦线均匀分布．此时架空线形状为 抛物线．由此导出的所有计算式均称为“抛物线公式”。 70年代被E．Huag和G．H-Pwoen等运用于索膜的 找形分析．目前它在我国应用较为广泛[6]。本文运用 2种形式的具体公式详见文献『7]。 基于ANSYS的非线性有限元法对架空线的找形问3基于ANSYS的架空线找形研究的非线性 题进行研究。ANSYS是一种大型的有限元分析通用有限元法 软件．也是结构分析中使用最为广泛的软件之一，因 此可用于架空线路初始构形的找形。 3．1 非线性有限元法简介 收稿日期：2013—06—12；修回日期：2014—04—28 基金项目：国家自然科学基金资助项目；教育部新 性迭代的索网