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1、第28卷第12期水電能源科學(xué)Vol.28No.122010年12月WaterResourcesandPowerDec.2010文章編號:1000-7709(2010)12-0133-03架空導(dǎo)線覆冰及脫冰的數(shù)值模擬研究李永平蘇攀鄭毅(東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院,吉林吉林132012)摘要:分析了架空導(dǎo)線覆冰及脫冰的數(shù)值模擬方法,構(gòu)建了大檔距架空導(dǎo)線的有限元模型,數(shù)值仿真計(jì)算了1000m大檔距單擋導(dǎo)線脫冰的動(dòng)力響應(yīng),對架空導(dǎo)線覆冰及脫冰數(shù)值模擬仿真研究有一定參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:架空導(dǎo)線;覆冰;脫冰;數(shù)值仿真;動(dòng)力響應(yīng)中圖分類號:
2、TM752;TU311.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A覆冰導(dǎo)線在氣象條件變化、風(fēng)荷載、機(jī)械外力(2)質(zhì)量法。指僅考慮覆冰的質(zhì)量對輸電導(dǎo)等作用下將發(fā)生不均勻脫冰或不同期脫冰現(xiàn)象,線的影響,在有限元分析建模時(shí)直接將覆冰模擬使導(dǎo)線以后再覆冰過程受影響,且由于瞬時(shí)拉力為單元節(jié)點(diǎn)處的質(zhì)量塊或等效增加該單元導(dǎo)線的的驟變還將對輸電線路產(chǎn)生危害很大的機(jī)械或電密度;在模擬脫冰時(shí),相應(yīng)的卸載該單元處的等效[1,2]質(zhì)量塊或減小該單元導(dǎo)線增加的密度[5]。該法原氣事故。目前,國內(nèi)外對架空導(dǎo)線脫冰跳躍的研究著重于覆冰厚度、脫冰方式及風(fēng)荷載各種理簡單,質(zhì)量塊常用Mass21模
3、擬,程序設(shè)計(jì)方便。[3]工況下的分析,而模擬覆冰及脫冰方法的細(xì)微(3)Tms模型。覆冰有一定的機(jī)械性能,研究卻甚少。鑒此,本文論述了覆冰及脫冰的模具有相應(yīng)的抗拉、抗壓、抗扭、抗剪能力。為考慮擬方法的機(jī)理及適用性,并以1000m大檔距單冰的機(jī)械性能對覆冰導(dǎo)線的影響,Tms將覆冰擋導(dǎo)線大檔距跨越段為例,采用有限元法分析了采用梁單元模擬,引用非線性有限元法計(jì)算受到脫冰跳躍的動(dòng)力響應(yīng),獲得了某節(jié)點(diǎn)的跳躍高度及DAC脈沖破冰器激勵(lì)的單覆冰導(dǎo)線的動(dòng)力響應(yīng),張力變化規(guī)律,可供借鑒。見圖2。圖中,i+1為節(jié)點(diǎn)號;d為電線直徑;b為覆冰厚度。該法在有
4、限元建模時(shí)需建立兩次模1模擬覆冰脫冰的方法型,首先用索單元或桿單元模擬導(dǎo)線,再用梁單元模擬覆冰,與模擬導(dǎo)線的桿單元共用相同的節(jié)點(diǎn)。(1)等效荷載法。研究覆冰時(shí),一般將覆冰簡[4]化為圓環(huán)截面包裹在導(dǎo)線外面的模型。等效荷載法即將覆冰等效為荷載離散地分布在導(dǎo)線的若干點(diǎn)上模擬導(dǎo)線脫冰,分為集中載荷和均布載荷,見圖1。文獻(xiàn)[5]已驗(yàn)證了采用集中荷載與均勻圖2覆冰導(dǎo)線的Tms模型荷載時(shí)導(dǎo)線跳躍位移曲線和張力變化曲線基本吻Fig.2IcingconductorsofmodelTms合,因此采用加載集中荷載法模擬線路覆冰從而(4)單元生死法
5、。針對單元生死法的特性[6],研究導(dǎo)線脫冰跳躍規(guī)律可行。模擬架空輸電線路脫冰現(xiàn)象時(shí)可借助單元生死模擬脫冰。若在導(dǎo)線外面建立覆冰實(shí)體模型時(shí),采用單元生死模仿脫冰較方便。2實(shí)例分析圖1覆冰等效荷載模型Fig.1Icingequivalentloadmodel收稿日期:2010-07-19,修回日期:2010-08-13基金項(xiàng)目:吉林省教育廳十一五科研規(guī)劃課題基金資助項(xiàng)目作者簡介:李永平(1956-),男,教授,研究方向?yàn)檩旊姽こ?E-mail:1956LYP@163.com134水電能源科學(xué)
6、2010年2.1導(dǎo)線及覆冰參數(shù)步長設(shè)0.01s,仿真時(shí)間50s。選取跨中、跨中左設(shè)某單擋導(dǎo)線的水平檔距L=1000m,導(dǎo)線側(cè)及跨中右側(cè)代表性節(jié)點(diǎn)提取脫冰動(dòng)力響應(yīng)的時(shí)##型號為LGJ-400/35,導(dǎo)線兩懸點(diǎn)無高差,導(dǎo)線及程位移曲線圖。圖4為跨中節(jié)點(diǎn)500、251、#覆冰參數(shù)見表1。751處y向位移時(shí)程曲線。由圖可看出,導(dǎo)線脫表1導(dǎo)線特性參數(shù)冰位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。表2為各節(jié)點(diǎn)跳躍的Tab.1Characteristicparametersofconductor最大位移。圖5為導(dǎo)線脫冰跨中動(dòng)張力的變化參數(shù)單位數(shù)值規(guī)律。水平檔距Lm1
7、000截面積Smm2435彈性模量E6.51010單位質(zhì)量mkg/m1.349泊松比0.3覆冰厚度mm12密度kg/m3900水平使用應(yīng)力MPa58.27材料阻尼比0.022.2建立有限元模型借助有限元軟件ANSYS,數(shù)值模擬所選導(dǎo)線的脫冰跳躍。由于架空導(dǎo)線是由多股細(xì)金屬線絞合而成的鋼芯鋁絞線,且橫向尺寸遠(yuǎn)小于輸電線路檔距,因此假設(shè)輸電線為無剛性的柔性懸索。在有限元軟件ANSYS中,LINK10單元僅受拉或僅受壓,且支持大變形效應(yīng),將單元剖分足夠細(xì)[7]時(shí),適合作為模擬柔性導(dǎo)線的索單元。因此,僅考慮平面內(nèi)振動(dòng),選取LINK10單元模擬
8、,將導(dǎo)線剖分為1000個(gè)單元建立有限元模型。###2.3導(dǎo)線找形圖4500、251、751節(jié)點(diǎn)y向位移時(shí)程曲線Fig.4ytothedisplacementcurveatn
