悬垂绝缘子串动态风偏角有限元分析 finite element analysis of dynamic windage angle of suspended insulator strings.pdfVIP

第29卷第9期 电力建设 v01．29No．9 2008年9月 ElectricPowerConstruction Sep．2008 ‘5。 ·理论研究． 悬垂绝缘子串动态风偏角有限元分析 孔德怡·，李黎1，龙晓鸿1，梁政平2 (1．华中科技大学土木工程与力学学院，武汉市，430074；2．中国电力工程顾问集团公司，北京市。100011) [摘要]有别于传统的刚性直杆静力学法，利用有限元方法计算悬垂绝缘子串在脉动风作用下的风偏角． 首先模拟考虑空间相关性的脉动风速时程并转换为风荷载时程；然后利用梁单元模拟输电塔钢结构杆件．杆 单元模拟悬垂绝缘子串，索单元模拟输电线，建立塔一绝缘子串一输电线的有限元耦合模型。使用逐步积分法 计算平均风激励、一致脉动风激励、不考虑塔一线耦合的脉动风激励和考虑塔一线耦合系统与空间相关性的脉 动风激励4种情况下悬垂绝缘子串的最大风偏角度，并与传统的静力学方法对比。分析发现。传统的静力学 方法忽略了体系的动态响应。使风偏角偏于不安全；考虑塔一线耦合体系与空间相关性的脉动风激励的模型 能够综合各种因素．得到较为合理的风偏角。 [关键词]动态风偏角；悬垂绝缘子串；有限元；脉动风 中图分类号：TM752 文献标志码：A文章编号：1000-7229(2008)09-0005-05 0引言 1振动方程与脉动风的模拟 在电力网中。悬垂绝缘子串在风载作用下的风 1．1振动方程 偏角大小对输电线路的安全运行影响极大。据统 考虑到输电线的几何非线性．塔一绝缘子一线体 计．近年来国家电网公司系统110kV以上线路共 系的运动控制方程可以表示为旧： 发生风偏放电260多起．严重影响和威胁电网系统 肘妖t)+C弛)+PO)=F弋f)+P (1) 000kV和直 式中 的安全运行W-s]。此外。随着我国交流1 巾卜_各节点的位移； 流+_800kV特高压示范线路工程的建设．将出现更 M一集中质量矩阵： 长更柔的悬垂绝缘子串．其风偏的动态特性将更为 D一结构阻尼矩阵： 突出。因此，在线路设计过程中对悬垂绝缘子串的 聊卜恢复力向量； 风偏进行准确计算不仅是十分必要的．而且对特高 眦’卜一脉动风荷载； 压输电线路的塔头设计和安全运行具有重要的战略 P一平均风荷载和其他恒荷载向量。 ‘ 意义嘲。 在求解振动方程前．于有限元模型上施加恒载 传统的风偏计算将绝缘子串简化为刚性直杆． 和平均风荷载．采用非线性静力计算．经过迭代收敛 或按弦多边形简化．用静力学方法计算悬垂绝缘子 即可得到输电线平衡位置。将此位置和应力状态作 串在设计平均风力作用下的风偏角I]o川。但是实际 为逐步积分的初始状态，则运动控制方程(1)可以进 上作用在绝缘子串上的风荷载与导线张力是动荷 一步改写成式(2)。已知等式右边的脉动风荷载列阵， 载，其动态效应不可忽略191。 即可通过逐步积分法求解系统的动力响应嗍。 本文建立塔一悬垂绝缘子串一输电线有限元模 ^砒)+毋@懂几)印嘲 (2) 型，考虑绝缘子串的几何非线性、脉动风的空间相 I凰‰‰I 关性和塔一绝缘子串一线的耦合性．计算悬垂绝缘 缸l玩甄岛I