输电导线不均匀脱冰的全过程模拟分析

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1、振动与冲击第29卷第9期J0URNAL0FVIBRAT10NANDSH0CK输电导线不均匀脱冰的全过程模拟分析鲁元兵，楼文娟，李焕龙(浙江大学结构工程研究所，杭州310058)摘要：对三跨输电导线体系建立了有限元模型并进行了导线找形，讨论了脱冰前后导线的动力特性，模拟分析了导线脱冰前的稳态响应、脱冰后的瞬态响应及稳态响应，对输电导线不均匀脱冰进行全过程模拟分析。研究发现：所提出的基于静力平衡的找形方法对于输电导线是一种高效的找形方法，覆冰前后导线自振频率变化很小。导线覆冰30mm后的导线张力和绝缘

2、子串的张力分别是初始张力的3．9倍和4倍。不均匀脱冰对导线的最大张力影响不大，但会使绝缘子串张力显著增加，并产生导线不平衡张力，其瞬态幅值达2倍多的导线初始张力，对输电塔的安全性构成威胁。关键词：输电导线；脱冰；覆冰；找形；动力特性中图分类号：TM726．3文献标识码：A2008年初一场历史罕见的冰雪灾害，持续时间长、国内在这方面也作了一些有价值的工作，但仍处影响范围广、危害程度深。输变电设施大面积覆冰，覆在起步阶段。本文将利用有限元软件ANSYS建立三冰厚度远远超过设计标准，造成输电线路大量倒塔

3、、断跨输电导线体系的有限元模型，讨论导线找形及脱冰线，电力设施大范围损毁，电网结构遭到严重破坏，灾前后导线的动力特性，模拟分析导线脱冰前的稳态响害造成国家电网设施直接财产损失高达104．5应、脱冰后的瞬态响应及稳态响应，对输电导线不均匀亿元一。脱冰进行全过程模拟分析。覆冰引起倒塔断线事故可分为三类：①过负载事1基本假定与有限元建模故；②不均匀覆冰或不同期脱冰事故；③覆冰导线舞动l4J。在恶劣的冰雪天气过后，往往发生很多输电塔根据文献[14—15]，对于一般的输电塔线体系，输倒塌事故，主要是不均匀脱

4、冰造成的。一方面由于天电塔的基频要比输电导线体系的基频大一个量级左气转暖，不同档出现不同融冰条件，另一方面也有人工右；同时发现，由覆冰脱落产生的输电塔塔顶顺线向位除冰造成的原因。不均匀脱冰造成的震荡给已经承受移一般在0．08m左右_1¨，而输电塔档距都在百米的量很大负载的输电塔很大的冲击，容易造成输电塔局部级。综合以上两方面可知：一般的输电塔线体系塔线屈服而倒塌。间的联耦作用是不明显的。鉴于此，本研究忽略输电相比过负载和覆冰舞动，对导线脱冰问题的研究塔和导线问的联耦作用，有限元建模时只对绝缘子串、

5、在国内外还比较少。国内周迪等对覆冰导线的风动输电导线进行模拟，两端的耐张塔和中间的直线塔均脱冰振动问题进行了研究并获得了导线最大剪力和最用固定支座处理。同时，为了强化主要因素，更清晰地大扭转角的计算方法和公式。李黎以及夏正春等揭示导线脱冰后的动力机理，用一根导线代替六分裂人借助ANSYS／LS—DYNA，主要分析了输电塔线导线，忽略间隔棒的作用。且不考虑风的作用，只作竖体系断线后的震荡与控制，并结合晋东南一南阳一荆直平面内的分析。有限元模拟时，考虑几何非线性，材门1000kV汉江大跨越输电工程，用

6、ANSYS对大跨输料满足虎克定律。电塔线体系建模，初步分析了脱冰对大跨输电塔造成为充分考虑各跨输电导线以及绝缘子串之间的相的内力动态响应¨。国外有加拿大的G．McClure互作用，建立了图1所示的三跨输电导线以及悬挂绝等将输电导线体系从塔线体系中隔离出来借助商业缘子串的有限元模型。其中，各档输电导线的跨距均软件ADINA进行建模，分析了单跨覆冰导线在人工脱为200m，覆冰前导线初始张力为10kN。绝缘子串、输冰的不同荷载工况下的脱冰机理，并用变密度法模拟电导线的相关力学参数参考文献[16]，覆冰的

7、相关力了两跨覆冰导线脱冰时的动力响应。学参数参考文献[17]。有限元模型中相关参数的设置输电导线不均匀脱冰受到国际同行的关注”，见表1。各档输电导线均由100个索单元构成，绝缘子串为一个杆单元。有限元计算基本原理为：在分析覆基金项目：国家自然科学基金重点项目(50638010)冰不利影响的时候，覆冰可以当作外加荷载来处理，覆收稿日期：2009—06—11修改稿收到日期：2009—08—14冰即加载，脱冰即卸载，荷载的灵活处理使得覆冰脱冰第一作者鲁元兵男，硕士生，1984年生的模拟变得灵活、简洁。通

8、讯作者楼文娟女，博士，教授，博士生导师，1963年l0月生振动与冲击2010年第29卷本研究中，作者提出一种适用于输电导线的高效找形、．兰方法。}．．一200m—+{．．一200m—200m—_．1输电导线是比较简单的索结构，可以作为平面问题处理，找形也可以相应做一些简化。由理论可知，输图1三跨输电线路简图电导线为悬链线形，最大弧垂由导线比载和导线弧垂Fig．1Simplifieddiagramofthree—spanlinesection最低点的水平应力决定。本研究在对输电导线进