大跨越导线微风防振体系振动特性理论与试验研究

摘要

随着经济技术的发展以及能源需求的增长，我国大跨越输电线路的数量、档距逐年增加。大跨越输电导线微风振动问题日益突出，成为输电线路的安全隐患。随着电网改革以及西电东输的战略持续，对大跨越导线的安全性和经济性提出了更高的要求，需要有更多的研究和试验以供工程参考。
　　针对微风振动的常见问题，本文以AACSR/EST-500/280型导线为例，研究了大跨越输电导线、防振锤和阻尼线的振动耗能原理，主要内容包括：大跨越输电导线的自阻尼耗能功率的计算和有限元仿真；防振锤的耗能功率计算及模态分析；阻尼线的振动原理及屈曲分析；大跨越输电导线-防振锤体系的微风振动试验等四个部分。旨在通过各种手段，为微风振动中常见问题寻求解答，并建立实用的计算方法，为工程实际提供合理化建议。主要的内容和成果如下：
　　1)基于能量平衡法，研究了大跨越导线微风振动理论方法，模拟了导线在不同张力作用下的振动响应。建立了大跨越导线的有限元模型，并对模型进行了找形分析、模态分析、谐响应分析和瞬态动力分析。结果表明：运行张力对大跨越导线微风振动影响较大，在频率相同时，导线的微风振动振幅随着张力的增加而增加，在激振力相同的情况下，导线振幅随着张力增加而减小；在相同频率情况下，导线的自阻尼耗能功率随着振幅的增加而增加，随着张力增加自阻尼耗能功率有所减小。导线微风振动的初始振幅比稳态振幅偏大，实际工程中导线应保留一定的安全系数。
　　2)建立了FR型防振锤的理论模型，得到了FR型防振锤的固有频率和耗能功率计算公式，并计算了FR-4型防振锤的固有频率的耗能功率曲线；建立了FR-4型防振锤的有限元模型，对模型进行了模态分析；最后对大跨越导线-防振锤体系进行理论分析，探讨了防振锤安装位置和数量对导线振动的影响。结果表明： FR-4型防振锤通常有4个固有频率，约为4Hz、6Hz、25Hz和42Hz，在固有频率附近防振锤的耗能效果较好，仿真和理论结果吻合较好。防振锤能够有效的抑制导线的振幅，防振锤安装位置对导线的各个频率振动有不同的抑振效果，多个防振锤抑振效果优于单个防振锤。
　　3)通过摄动法求解了β阻尼线的静态线形，将β阻尼线的振动分为两类，一类为两固定端的绝对位移，另一类为支座的相对位移，建立并求解β阻尼线的振动方程，得到了β阻尼线自振频率的半解析解。结果表明：β阻尼线的静态线形受档距、垂度和轴向压力影响较大，垂度相同时，β阻尼线的档距随着轴向压力增大而减小。阻尼线的固有频率受档距和张力影响较大，实际工程中β阻尼线应小于5m，且一般不发生共振。
　　4)搭建了大跨越导线微风振动试验平台，在平台基础上，研究了大跨越导线-防振锤体系的微风振动响应，探究了张力、防振锤安装位置、防振锤安装数量、防振锤型号以及防振锤锤头朝向等因素对导线振动的影响，最后对比了理论和试验的分析结果。结果表明：大跨越导线微风振动的平台能够较好的模拟导线振动情况；导线的微风振动振幅随着张力增加而减小。防振锤安装在波腹位置有较好的防振效果，不同类型防振锤组合比同一类型防振锤抑振效果更好。在导线两端高差相同情况下，防振锤大锤头应朝向档中，在高差较大时，应使较低一端的防振锤小锤头朝向档中；试验能够较好的验证理论分析结果。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

2.大跨越导线微风振动理论分析

2.1大跨越导线微风振动模型

2.2 风功率的计算

2.3导线自阻尼功率

2.4输电导线动弯应变

2.5张力对导线的影响规律

2.6裸导线的仿真分析

2.7小结

3防振锤耗能机理及其力学特性分析

3.1防振锤能量耗散模型

3.2耗能功率计算

3.3固有频率仿真

3.4 导线防振锤体系

3.5小结

4阻尼线耗能机理研究

4.1阻尼线静态线形

4.2阻尼线振动耗能原理

4.3阻尼线的线形分析

4.4小结

5 大跨越导线微风振动试验研究

5.1试验器材

5.2微风振动试验平台建设

5.3运行张力对导线微风振动影响

5.4安装位置对防振锤抑振效果的影响

5.5防振锤安装方式研究

5.6试验和理论的对比分析

5.7小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术成果

致谢