输电导线不均匀脱冰的全过程模拟分析 Whole process analysis for non-uniform ice shedding of transmission lines.pdfVIP

振动与冲击 第29卷第9期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK V01．29No．92010 -i_,Il 一一一--一 一一 I _ I I●_ 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 mill 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30 后的导线张力和绝缘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：A 2008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07-11]，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、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【1。31。 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M’60。在恶劣的冰雪天气过后，往往发生很多输电塔 根据文献[14一15]，对于一般的输电塔线体系，输 倒塌事故，主要是不均匀脱冰造成的。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0．08Ill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 塔和导线间的联耦作用，有限元建模时只对绝缘子串、 在国内外还比较少。国内周迪等[7o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。刨借助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 000 f-11 kV汉江大跨越输电工程，用ANSYS对大跨输