输电线覆冰脱冰的模拟方法和动力效应研究.docVIP

输电线覆冰脱冰的模拟方法和动力效应研究 摘 要：以实际工程中的某条线路为研究对象,建立输电塔线祸合体系的空间有 限元模型。首先对导线覆冰、脱冰进行有限元分析。采用相同算例,分析附加冰 单元法、改变密度法和附加力模拟法这三种常用方法的适用性,提供计算参数的 合理建议值。其次,本文还对输电塔线路的实际模型进行参数分析,选取输电线的某一单元进行模型模拟试验。另外,本文通过对地线、导线的脱冰工况进行模拟分析,分别得出脱冰跳跃高度和脱冰前后弧垂差之间的定量关系以及相邻跨输电线不平衡张力的动力放大系数，并且该试验分为单导线，单地线，全导线，全地线等工况进行试验分析比较。 关键词：输电塔线体系;覆冰;脱冰;模拟方法;脱冰跳高 由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆（塔）、断线及跳闸事故，严重威胁到电网的安全稳定运行及供电可靠性。1 覆冰形成原因和过程导线覆冰首先是由气象条件决定的，是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。云中或雾中的水滴在0或更低时与输电线路导线表面碰撞并冻结时，覆冰现象就产生了。贵州省地处云贵高原，海拔在1500m以上，境内沟壑纵横，地势高低不平，空气潮湿，受西伯利亚寒流和太平洋暖湿气流的共同影响，2008年初贵州大面积的遭受了覆冰危害。导线表面发生覆冰现象必须满足以下几个条件：大气中必须有足够的过冷却水滴，过冷却水滴与导线接触，过冷却水滴立即冻结在导线表面。  输电线路的组成 架空输电线路的组成元件主要有导线、避雷线(或称架空地线,简称地线)、绝缘子、金具、杆塔、拉线和基础。 (l)导线用来传输电流、输送电能。一般输电线路每相采用单根导线,对于超高压大容量输电线路,为了减少电晕以降低电能损耗,并减小对无线电、电视等的干扰,多采用相分裂导线,即每相采用两根、三根、四根或更多根子导线。 (2)避雷线悬挂于杆塔顶部,并在每基杆塔上均通过接地线与接地体相连接。当雷电放电击穿线路时,因避雷线位于导线的上方,雷首先击中避雷线,并借以将雷电电流通过接地体泄入大地,从而减少雷击导线的概率,保护线路绝缘免遭雷电过电压的破坏,起到防雷保护作用,保证线路安全运行。 (3)绝缘子是线路绝缘的主要元件,用来支承或悬吊导线使之与杆塔绝缘,保证线路有可靠的电气绝缘强度。 绝缘子按其结构不同分为针式绝缘子、瓷横担绝缘子和悬式绝缘子等。 4输电线路覆冰研究概况 输电线覆冰脱冰问题的研究方法一般有:现场实测、模型试验及数值模拟等。由于现场实测所需代价昂贵,且受天气条件限制较多,所得的成果非常少;模型试验由于很难真实地模拟导线覆冰和脱冰的情况,通常采用集中质量块模拟覆冰,用释放集中质量块的方法来模拟覆冰脱落,这样做与真实情况有一些出入,所得的成果也不多;采用数值模拟研究成本低廉,且可以根据需要很方便地改变计算条件,同时模拟也具有较高的可信度,国内外学者得出了大量的有意义的研究成果。 4.1现场模拟实测 输电线路进行了现场实测,该试验采用5mm，10mm，15mm，20mm覆冰脱冰对输电线塔进行动力研究。用悬挂重物模拟覆冰荷载,主要观测导线的脱冰跳跃高度,并将实测数据与理论值相比较。 经试验，能够发现导线脱冰跳跃严重危害线路的安全运行,并且重冰区输电线的相间闪络一般只能通过加大各相导线之间的水平距离来防止。 现场悬挂重物模拟 而脱冰试验则采用剪负重线的方式来模拟，具体如下措施： 脱冰模拟试验 该试验可模拟单根导线脱冰试验，单根地线脱冰，全部导线脱冰和全部地线脱冰等试验。 导线脱冰后的跳跃观测 在剪断负重线后，观测并记录导线或者地线的反弹效应。 4.2有限单元模型试验 采用跌落质量块的方法来模拟覆冰脱落,得出导线脱冰的静态和动态响应。为检验试验数据的合理性，可根据验模型建立相应的ADINA有限元模型进行校验,根据实际要求应为两种方法得出的结果很相近。 如果采用有限元方法对输电导线的覆冰脱冰进行模拟,概括起来主要有以下三种模拟方法: (1)附加冰单元法 某种机械除冰器械的除冰原理,采用有限元方法(ADINA)模拟导线覆冰在冲击荷载作用下的脱冰,得出导线脱冰后的响应,并模拟出不同冲击荷载作用下的不同除冰效果。 (2)改变密度法 采用ADINA有限元分析软件建立输电线路的有限元模型,对导线的覆冰、脱冰采用改变导线密度的方法来实现,并得出根据冰厚、档距、高差、档数、荷载 分布和脱冰状况等工况的模拟结果。 (3)附加力模拟法 在ADINA中采用十个等间距的集中力来模拟导线覆冰, 利用突然释放外力来模拟脱冰。由于该方法采用几个集中力来模拟均布的覆冰荷载,其精确度不高。 5导线脱冰跳高公式 Morgan(1964)结合了实验数据,通过理论推导得出理论公式： 其中：中H为导线脱冰跳跃高度,l为导