覆冰导线舞动及风荷载下输电线路稳定性分析
Stability Analysis of Transmission Line Conductor Galloping and Wind Loads of Ice Cover
随着我国经济的发展、科技的进步以及人们生活水平的大幅提高,电力的重要性越来越明显.然而作为电力传输的载体输电线路的安全与稳定就显得非常重要了.输电线路体系作为一种高耸柔性结构体系极易受到风、冰等灾害性荷载的冲击,2008年的雪灾导线覆冰以及一些地区飓风天气对线路的毁坏都是非常严重的.这些灾害荷载都是输电线路安全稳定的主要因素.根据这些环境因素以及输电线路体系的结构特性,导线覆冰在风荷载作用后的舞动和风荷载对体系振动影响是线路灾害发生的常见情况.本文将对覆冰导线在风荷载作用下舞动的特性以及对塔线体系的影响进行分析,同时还对大风荷载下线路体系结构的动力分析.具体做以下工作:(1)描述风荷载的产生,风荷载的风剖度、三维湍流风、脉动风功率谱等特性.风荷载的理论和相关计算荷载公式.重点分析脉动风荷载的模拟,在时域法模拟风荷载过程中运用三角级数叠加的谐波合成法模拟脉动风荷载.对实例220kV马凤线路的SZ3型的直线塔进行模拟,将模拟的结果与规范达文波特谱进行对比,并对比结果进行分析.(2)对输电线路导线的静力、动力进行分析.静力:运用悬链线方法推导出导线的弧垂、线长、张力等计算公式,在此基础通过实例,计算导线在不同气象环境荷载(风、覆冰、气温)条件下对导线的张力和形状的变化情况.得出的结果是导线张力和形状因气温和风速的影响不大,但是在能覆冰的温度下,覆冰的厚度是影响导线张力和形状变化的主要因素.动力:找到导线的三自由度力学模型,并求解三维力学模型;提出对导线产生振动的导线漩涡脱落概率,然后计算漩涡脱落频率,得出导线的固有振动频率分布比较广泛,因为风荷载极易变化,漩涡脱落频率就随之产生变化,变化后的频率非常容易与导线振动固有频率的某阶频率重合,而产生共振.(3)覆冰导线舞动的力学模型和舞动后对线路结构的影响.建立覆冰导线舞动的单自由度力学模型,是无法完全反映覆冰导线舞动的特征,同时通过一些模型假设和一些导线相关力学参数推导,建立导线覆冰后舞动情况的三自由度力学模型.在计算覆冰导线张力的基础上,得出两种(导线水平张力和悬挂点竖直方向张力)张力增加比例与覆冰导线舞动半波数为奇数和偶数有关.同时分析覆冰导线舞动产生的交变张力变化量与振动幅度之间的关系,得出覆冰导线舞动的张力变化量随着档距的增大而增大,弧垂的增大而减小.以铁塔在导线舞动时的最大位移小于许可位移为基础,得到了铁塔振动的振幅放大因子值一定要小于许可的振幅放大因子值的概率即为铁塔的可靠度.提出这种输电线路体系在覆冰导线舞动发生时的可靠度设计方法.(4)对风荷载作用的输电线路塔线体系有限元分析.确定有限元分析的方法.结合倒塔实例从导线、输电塔以及塔线体系的固有频率分析塔线体系振动响应的规律.分析风荷载作为超负荷载对输电线路体系的破坏,首先分析铁塔构件的破坏应力以及导线断线情况塔线体系的稳定情况,分析这两种情况下对体系的影响,得出风荷载引起体系振动导致铁塔构件失稳破坏的结论,为铁塔的强度设计提供支持.
- 作者：
- 王领
- 学位授予单位：
- 安徽建筑工业学院
- 专业名称：
- 工程力学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 丁克伟
- 中图分类号：
- TM751
- 关键词：
- 风荷载；脉动风；输电线路；覆冰；舞动；塔线体系；动力响应
- wind load；fluctuating wind；transmission line；ice cover；dancingthe tower line system；dynamic response