特高压架空输电线微风振动有限元分析.pdf

振动与冲击 OFVIBRATIONANDSHOCK 第26卷第8期 JOURNAL 特高压架空输电线微风振动有限元分析 孑L德怡1，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430074；2。中国电力工程顾问集团公司，北京100011) 摘 要 对于1 析微风振动的关键技术。其中利用索单元模拟输电线；基于能量等效原理，将输电线磁滞阻尼等效成为粘滞阻尼，将风输 入功率等效成为微风激励力作用于有限元节点。并根据振幅和曲率的关系推导了输电线动弯应变幅值沿输电线的分布 规律。通过对比计算，有限元法分析结果与传统的能量平衡法结果基本吻合，而且由于有限元法考虑了输电线质量、刚度 的影响，其结果更为真实可信。最后利用有限元法分析了微风振动的影响因素，为接下来微风振动的防护分析打下基础。 关键词：架空输电线，微风振动，有限元法，自阻尼，特高压 中图分类号：TM726．3文献标识码：A 我国能源分布的不均衡导致了在中东部经济发达 2振动方程与有限元模型 地区电力瓶颈问题愈发的突出。高压输电作为调节电 力分配的有效手段得到了广泛的应用。随着建设里程 输电线可以认为是张紧的小刚度梁，其振动方程 的增加，输电线在风荷载下发生断线的事故屡有发生， 如式(1)H』。因为钢绞线为股状铰接结构，股与股之间 由此带来停电、倒塔事故造成了严重的经济损失甚至 存在着相对滑移，所以其抗弯刚度EI变化很大，一般 人员伤亡¨卅1。风的作用下，输电线的微风振动发生 得最为频繁，持续时间一般达数小时，有时可达数日不 距可达几百米，忽略电线刚度，利用弦振动模型模拟输 止口J。由此导致电线疲劳断股以及金具、杆塔构件的 电线误差很小HJ。为了方便分析，我们在以下分析中 损坏；而且限制了导线的使用应力值。随着我国特高 将输电线简化成延长度方向几何特性与材料特性不变 压工程的建设，送电线路所采用的导线的截面、张力、 的细长实心圆柱体，并且忽略其抗弯刚度。这样我们 悬挂点高度以及档距都在不断的增大，微风振动问题 就可以写出电线在横向风力作用下的振动方程式(2)。 更趋突出，加强微风振动的研究更为迫切。本文有别 于传统的能量平衡法，利用有限元法求解输电线在均 匀风场中的微风振动。 1能量平衡原理 为了研究架空输电线的微风振动情况，目前国内 外普遍利用能量平衡原理。该原理认为对于输电线体 系，一方面由风输入给输电线系统能量；另一方面又在 系统内将能量消耗掉。当输入的能量与消耗的能量达 图1 输电线振动微元受力分析 到平衡时，就可确定输电线某阶频率下的稳定振幅，继 而确定在这个振型下的输电线悬挂线夹出口处的动弯 (1) 应变。从而进一步决定是否需要额外的防振措施。 酣≥棚丑Otz+c象。挚=如) 能量平衡法虽然理论简单，但是无法精确考虑输 、 ， 、(2) z z J m鲁Ot+c盟Ot—F鲁Ot=p(￡) 电线、防振器的刚度、质量分布对振动的影响，这给输 其中m为电线单位长度的质量，y为电线微风振 电线的运行带来了隐患。本文以下通过精确的有限元 建模，进行基于有限元法的输电线微风振动分析。其 动位移，C为电线阻尼系数，丁为电线平均运行张力， 结果不仅能得到能量平衡法的验证