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覆冰分裂导线的动力学特性研究

作　者: 范孜
导　师: 郝淑英
学　校: 天津理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 分裂导线 舞动 非线性振动 非线性瞬态固有频率 相间间隔棒布局
分类号: TM755
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 123次
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内容摘要


架空输电线路在覆冰、风等载荷的作用下，往往会发生舞动。舞动是一种低频大振幅的自激振动，持续时间长，会对电力系统造成严重的危害。本文的目的就是利用非线性动力学的理论研究导线的振动特性，并通过建立输电线的有限元分析模型模拟舞动的过程，研究风速、线路结构、金具等对舞动的影响，提出防舞的优化方案。根据弹性力学的原理，建立了覆冰导线面内舞动的连续体动力学模型。利用Galerkin积分方法，将偏微分方程转化为常微分方程，并对方程进行一阶模态截断，得到导线面内的单自由度振动方程。采用平均法，求解方程的一阶近似解，得到导线面内振动的稳态振幅以及振幅、张力与系统非线性瞬态固有频率的关系。本文研究了导线的初始张力及舞动的幅值对固有频率的影响，给出了输电线覆冰舞动时系统的非线性固有频率与舞动幅值及导线初始张力的关系，对输电线路舞动中出现的频率飘移做了定性分析。采用三维空间梁单元建立了覆冰分裂导线的有限元模型，并对输电线进行了静力找形和模态分析，用ANSYS参数化设计语言编写了导线在气动力载荷作用下舞动的计算程序，得到输电线舞动的时间历程曲线。研究了风速、档距等对输电线舞动振幅以及动态张力的影响。发现同档距的输电线随着风速的增大，导线舞动幅值会增大，导线的动态张力会增大，并且静平衡位置的动态张力值会增大；在相同风速下随着档距的增大，导线舞动幅值及静平衡时的动态张力值增大。基于MATLAB软件，对有限元分析得到的导线舞动时程曲线进行了频谱分析，研究了风速及档距对输电线舞动频率的影响，分析结果与解析结果相吻合，进一步证明了输电线在舞动过程中舞动频率随风速和档距而变化。该研究对防舞器的设计具有重要的指导意义和很高的应用价值。用ANSYS软件建立了单相以及三相四分裂输电线的有限元模型，计算了现有相间间隔棒布局对导线舞动的影响，发现间隔棒的有些布局不具有防舞作用，其余布局虽有防舞作用，但由于间隔棒布局只是依据经验，缺乏针对性及理论分析，无法获得最佳的防舞作用。本文根据频谱分析以及导线舞动的位移矢量图得到导线舞动的主振型，根据导线舞动的主振型对相间间隔棒的布局提出了优化方案，并对不同风速下的防舞效果进行了计算，验证了本文优化布局的防舞效果较原来的布局明显提高。本研究成果为输电线的防舞设计提供了依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 导线舞动的起因  11-12
    1.2.2 导线舞动机理及实验的研究  12-13
    1.2.3 防舞技术的研究  13-15
    1.2.4 目前国内外研究存在的问题  15
  1.3 本文的研究内容、研究特色及创新点  15-18
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 研究特色  16
    1.3.3 创新点  16-18
第二章 覆冰导线舞动的动力学分析  18-28
  2.1 引言  18
  2.2 覆冰导线舞动的动力学方程的建立  18-21
  2.3 平均法求解析解  21-23
  2.4 系统参数对导线舞动的影响  23-26
  2.5 本章小结  26-27
  附录  27-28
第三章 覆冰分裂导线舞动的有限元分析  28-48
  3.1 有限元分析方法  28
  3.2 输电线的非线性静力分析  28-29
  3.3 非线性动力学特性分析  29-30
  3.4 算例  30-46
    3.4.1 档距 126m 的输电线舞动的非线性动力学特性分析  31-36
    3.4.2 档距 272m 的输电线舞动的非线性动力学特性分析  36-41
    3.4.3 档距 360m 的输电线舞动的非线性动力学特性分析  41-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章 相间间隔棒防舞的有限元分析  48-60
  4.1 紧凑型输电线路计算模型  48-50
    4.1.1 相间间隔棒的结构及特点  48
    4.1.2 相间间隔棒布局原则  48-49
    4.1.3 有限元分析模型  49-50
  4.2 现有布局方案防舞效果分析  50-53
  4.3 相间间隔棒的优化布局  53-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 总结与展望  60-62
  5.1 全文总结  60
  5.2 问题与展望  60-62
参考文献  62-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 线路及杆塔 > 线路检修
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