架空输电线路次档距振动数值模拟研究

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分裂导线尾流效应引起的次档距振动,是一种在一定风速作用下,在垂直方向上引起的大幅度振动现象,是空气与导线相互作用下产生的一种复杂的流动气体与导线固体相互耦合的运动。次档距振动由于自身的振动特点,对高压架空线路的许多部分,如导线、间隔棒以及绝缘子等造成的危害常有发生,从而导致高压输电线路的可靠性与安全性降低。高压输电线路由于安装过程的需要以及安全性的考虑,一般会将安装导线离地距离提高;考虑到输电过程中由于电晕带来的电能损耗,会将输电线路中的单根导线改用为多分裂导线。导线离地距离的提高与多分裂导线的存在更满足了次档距振动的条件,以致发生次档距振动的可能性增加。为预防次档距振动,保证高压输电线路能够安全可靠运行,对次档距振动进行全面深入的研究显得非常必要。次档距振动给导线的使用寿命带来很大的威胁,为了研究分裂间距对次档距振动的影响,目前,国内外通常使用风洞实验对次档距振动进行研究,但由于风洞实验器材价格昂贵、研究周期长,给科研带来很多不便。本文使用Matlab软件的Simulink仿真模块对导线次档距振动进行仿真,分析发现振动是一个椭圆形的简谐振动,简谐振动的振幅主要取决于导线所受的气动力。鉴于此,用计算流体力学软件Fluent模拟分裂导线周围的空气流场,通过改变导线的线间距的同时对导线受力的阻力系数、升力系数进行监测分析,‘来判断导线所受的气动力大小,从而就得出了导线振动幅度,最后进行线间距对分裂导线次档距振动影响的分析。这一软件仿真的方法弥补了利用风洞实验进行研究存在的不足,也为分裂导线间隔棒的选择和分裂导线次档距振动的分析提供帮助。本文主要进行的研究内容和研究成果有以下几个方面:1.对国内外次档距振动的研究作了分析比较,发现国内对次档距振动的研究成果较少,但随着高压输电线路的增多,由次档距振动引起的输电线路损坏事故越来越多,并成了输电系统亟待解决的问题,本文针对此,着重对输电线路线间距对次档距振动的影响做了研究。2.通过对现场环境的考察,对输电线路作受力分析,建立高压输电线路力学方程,使用Matlab软件中的一个Simulink模块,建立软件模型,运用输电线路一组常用数据,对建立的软件模型进行仿真,从仿真结果分析,得出次档距振动是一个椭圆型的近视简谐振动,简谐振动的振幅主要取决于导线所受的气动力。这结论为分析分裂导线线间距对次档距振动影响提供了理论基础。3.用Gambit软件建立分裂导线次档距振动的模型,并进行网格划分,为Fluent软件仿真做准备,随后用流体力学的一个软件Fluent对次档距振动进行建模仿真,得出高压输电线路线间距对次档距振动的影响规律。4.通过对Fluent软件仿真结果分析,仿真结果和用风洞实验得出的结果一致,这一结果说明文中软件仿真次档距振动的方法是可行的,可以和风洞实验结合使用,来分析次档距振动的特性。
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