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1、第28卷第12期水电能源科学Vol.28No.122010年12月WaterResourcesandPowerDec.2010文章编号:1000-7709(2010)12-0133-03架空导线覆冰及脱冰的数值模拟研究李永平苏攀郑毅(东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林132012)摘要:分析了架空导线覆冰及脱冰的数值模拟方法,构建了大档距架空导线的有限元模型,数值仿真计算了1000m大档距单挡导线脱冰的动力响应,对架空导线覆冰及脱冰数值模拟仿真研究有一定参考价值。关键词:架空导线;覆冰;脱冰;数值仿真;动力响应中图分类号:
2、TM752;TU311.3文献标志码:A覆冰导线在气象条件变化、风荷载、机械外力(2)质量法。指仅考虑覆冰的质量对输电导等作用下将发生不均匀脱冰或不同期脱冰现象,线的影响,在有限元分析建模时直接将覆冰模拟使导线以后再覆冰过程受影响,且由于瞬时拉力为单元节点处的质量块或等效增加该单元导线的的骤变还将对输电线路产生危害很大的机械或电密度;在模拟脱冰时,相应的卸载该单元处的等效[1,2]质量块或减小该单元导线增加的密度[5]。该法原气事故。目前,国内外对架空导线脱冰跳跃的研究着重于覆冰厚度、脱冰方式及风荷载各种理简单,质量块常用Mass21模
3、拟,程序设计方便。[3]工况下的分析,而模拟覆冰及脱冰方法的细微(3)Tms模型。覆冰有一定的机械性能,研究却甚少。鉴此,本文论述了覆冰及脱冰的模具有相应的抗拉、抗压、抗扭、抗剪能力。为考虑拟方法的机理及适用性,并以1000m大档距单冰的机械性能对覆冰导线的影响,Tms将覆冰挡导线大档距跨越段为例,采用有限元法分析了采用梁单元模拟,引用非线性有限元法计算受到脱冰跳跃的动力响应,获得了某节点的跳跃高度及DAC脉冲破冰器激励的单覆冰导线的动力响应,张力变化规律,可供借鉴。见图2。图中,i+1为节点号;d为电线直径;b为覆冰厚度。该法在有
4、限元建模时需建立两次模1模拟覆冰脱冰的方法型,首先用索单元或杆单元模拟导线,再用梁单元模拟覆冰,与模拟导线的杆单元共用相同的节点。(1)等效荷载法。研究覆冰时,一般将覆冰简[4]化为圆环截面包裹在导线外面的模型。等效荷载法即将覆冰等效为荷载离散地分布在导线的若干点上模拟导线脱冰,分为集中载荷和均布载荷,见图1。文献[5]已验证了采用集中荷载与均匀图2覆冰导线的Tms模型荷载时导线跳跃位移曲线和张力变化曲线基本吻Fig.2IcingconductorsofmodelTms合,因此采用加载集中荷载法模拟线路覆冰从而(4)单元生死法
5、。针对单元生死法的特性[6],研究导线脱冰跳跃规律可行。模拟架空输电线路脱冰现象时可借助单元生死模拟脱冰。若在导线外面建立覆冰实体模型时,采用单元生死模仿脱冰较方便。2实例分析图1覆冰等效荷载模型Fig.1Icingequivalentloadmodel收稿日期:2010-07-19,修回日期:2010-08-13基金项目:吉林省教育厅十一五科研规划课题基金资助项目作者简介:李永平(1956-),男,教授,研究方向为输电工程,E-mail:1956LYP@163.com134水电能源科学
6、2010年2.1导线及覆冰参数步长设0.01s,仿真时间50s。选取跨中、跨中左设某单挡导线的水平档距L=1000m,导线侧及跨中右侧代表性节点提取脱冰动力响应的时##型号为LGJ-400/35,导线两悬点无高差,导线及程位移曲线图。图4为跨中节点500、251、#覆冰参数见表1。751处y向位移时程曲线。由图可看出,导线脱表1导线特性参数冰位移随时间变化的规律。表2为各节点跳跃的Tab.1Characteristicparametersofconductor最大位移。图5为导线脱冰跨中动张力的变化参数单位数值规律。水平档距Lm1
7、000截面积Smm2435弹性模量E6.51010单位质量mkg/m1.349泊松比0.3覆冰厚度mm12密度kg/m3900水平使用应力MPa58.27材料阻尼比0.022.2建立有限元模型借助有限元软件ANSYS,数值模拟所选导线的脱冰跳跃。由于架空导线是由多股细金属线绞合而成的钢芯铝绞线,且横向尺寸远小于输电线路档距,因此假设输电线为无刚性的柔性悬索。在有限元软件ANSYS中,LINK10单元仅受拉或仅受压,且支持大变形效应,将单元剖分足够细[7]时,适合作为模拟柔性导线的索单元。因此,仅考虑平面内振动,选取LINK10单元模拟
8、,将导线剖分为1000个单元建立有限元模型。###2.3导线找形图4500、251、751节点y向位移时程曲线Fig.4ytothedisplacementcurveatn
