本發(fā)明涉及導(dǎo)線防舞技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種導(dǎo)線舞動(dòng)失穩(wěn)分析方法。
背景技術(shù)：
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隨著我國輸電線路建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，以及近些年氣象條件的演化，使得惡劣氣象頻發(fā)，在冬季冰雪天氣狀態(tài)下，導(dǎo)線形成偏心覆冰后，極易發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象。目前，導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)已經(jīng)成為危害輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的一種嚴(yán)重災(zāi)害形式，給電網(wǎng)安全造成巨大的威脅。
導(dǎo)線舞動(dòng)起振條件和舞動(dòng)特征是工程防舞設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)參數(shù)，目前已有的研究成果給出的計(jì)算方法或者非常繁瑣復(fù)雜，不適合實(shí)際工程的設(shè)計(jì)應(yīng)用；或者較為簡單，計(jì)算精度不能滿足要求。因此實(shí)際工程設(shè)計(jì)中還主要依靠經(jīng)驗(yàn)取值，嚴(yán)重影響了防舞設(shè)計(jì)效果?；诠こ淘O(shè)計(jì)的實(shí)際需求，提出一套簡單的輸電線路舞動(dòng)失穩(wěn)特性計(jì)算方法，準(zhǔn)確、方便地獲取導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速和舞動(dòng)幅值對(duì)于提升輸電線路防舞設(shè)計(jì)水平，保證線路安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)線舞動(dòng)失穩(wěn)分析方法，對(duì)于提升輸電線路防舞設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性具有十分重要的作用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種導(dǎo)線舞動(dòng)失穩(wěn)分析方法，包括：
(1)根據(jù)導(dǎo)線偏心覆冰型式確定氣動(dòng)參數(shù)和氣動(dòng)載荷；
(2)根據(jù)所述氣動(dòng)參數(shù)和振子模型建立導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型計(jì)算導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速；
(3)根據(jù)所述氣動(dòng)參數(shù)和導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型計(jì)算導(dǎo)線舞動(dòng)幅值特性。
所述導(dǎo)線偏心覆冰型式包括新月型導(dǎo)線偏心覆冰型式、扇型導(dǎo)線偏心覆冰型式和D型導(dǎo)線偏心覆冰型式。
根據(jù)確定的導(dǎo)線偏心覆冰型式進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果和起舞條件選擇覆冰厚度。
根據(jù)所述風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，所述D導(dǎo)線偏心覆冰型式較之其它兩種導(dǎo)線偏心覆冰型式，更易激發(fā)舞動(dòng)現(xiàn)象；當(dāng)選擇采用所述D導(dǎo)線偏心覆冰型式時(shí)，根據(jù)其風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和起舞條件分析，確定覆冰厚度為15mm。
根據(jù)所述風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和覆冰厚度確定五階多項(xiàng)式的氣動(dòng)參數(shù)，根據(jù)所述氣動(dòng)參數(shù)確定氣動(dòng)荷載。
所述氣動(dòng)參數(shù)Cy通過下式確定：
式中，bk為擬合系數(shù)，α為攻角。
所述導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型的建立過程為通過采用振子模型，考慮水平和豎直兩個(gè)自由度，將水平載荷向量Fx和豎直載荷向量Fy在動(dòng)態(tài)攻角β＝0處進(jìn)行泰勒展開，略去高階項(xiàng)，建立導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型。
對(duì)所述導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型進(jìn)行無量綱化處理，引入無量綱時(shí)間，基于方程的特征向量，求解方程的穩(wěn)定性，確定起振風(fēng)速；
定義特征量
其中，A1＝2ξxωs+2μyUyCD0，A2＝-μyUy(CL0-CDα0)，B1＝2ξy+μyUy(CD0+CLα0)，B2＝2μyUyCL0，ξy為垂直阻尼比，Uy為折合風(fēng)速，μy為質(zhì)量比，CD0,CL0為氣動(dòng)載荷系數(shù)，CDα0為氣動(dòng)阻力載荷系數(shù)一階導(dǎo)數(shù)，ξx為水平阻尼比，ωs為固有頻率；
I：q≥0時(shí)
(i)時(shí)，
臨界無量綱風(fēng)速為，
式中，
(ii)時(shí)，
臨界無量綱風(fēng)速為，
II：q＜0時(shí)
臨界無量綱風(fēng)速為，
其中，CLα0為氣動(dòng)升力載荷系數(shù)一階導(dǎo)數(shù)。
所述導(dǎo)線舞動(dòng)幅值特性通過下式確定并平均法進(jìn)行求解：
其中，A1＝35b5μy，ξy為阻尼比，Uy為折合風(fēng) 速，μy為質(zhì)量比，b1…b5為氣動(dòng)載荷系數(shù)，i＝1，2，3。
和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
1、本發(fā)明技術(shù)方案可以方便地獲取輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)的起振風(fēng)速和舞動(dòng)幅值特征，改變目前實(shí)際工程中輸電線路防舞設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)取值的不利條件；
2、本發(fā)明技術(shù)方案對(duì)于提升輸電線路防舞設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性具有十分重要的作用；
3、本發(fā)明技術(shù)方案偏心覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)參數(shù)采用五階多項(xiàng)式擬合，較之目前普遍采用的三階多項(xiàng)式擬合，提升了對(duì)氣動(dòng)載荷的計(jì)算精度；
4、本發(fā)明技術(shù)方案采用了D型15mm的偏心覆冰形狀，考慮了最極端的工況條件，充分體現(xiàn)了實(shí)際工程中防舞設(shè)計(jì)的安全性要求；
5、本發(fā)明技術(shù)方案將舞動(dòng)影響參數(shù)無量綱化處理，減少了影響參數(shù)的數(shù)量，分析方法既能體現(xiàn)主導(dǎo)參數(shù)的影響，又能得到簡便的計(jì)算公式；
6、本發(fā)明技術(shù)方案給出導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速、舞動(dòng)幅值的簡化計(jì)算公式，方便工程設(shè)計(jì)人員的使用，實(shí)用性強(qiáng)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例1：
本例的發(fā)明提供一種導(dǎo)線舞動(dòng)失穩(wěn)分析方法，包括如圖1所示：
(1)根據(jù)導(dǎo)線偏心覆冰型式確定氣動(dòng)參數(shù)和氣動(dòng)載荷；
(2)根據(jù)所述氣動(dòng)參數(shù)和振子模型建立導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型計(jì)算導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速；
(3)根據(jù)所述氣動(dòng)參數(shù)和導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算模型計(jì)算導(dǎo)線舞動(dòng)幅值特性。
1.覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)載荷選擇原則
偏心覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)特性是影響舞動(dòng)激發(fā)的最重要參數(shù)，目前覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)力的獲取的途徑比較單一，主要通過試驗(yàn)手段，首先基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)測(cè)量給定覆冰截面導(dǎo)線的空氣動(dòng)力參數(shù)曲線，然后通過曲線擬合得到氣動(dòng)參數(shù)擬合計(jì)算公式，最后由此求得氣動(dòng)力的表達(dá)。
實(shí)際觀測(cè)結(jié)果表明，導(dǎo)線偏心覆冰主要有三種型式，分別為新月型、扇型和D型。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，D型覆冰較之其它兩種型式的偏心覆冰，更易激發(fā)舞動(dòng)現(xiàn)象。因此，本發(fā)明在氣動(dòng)參數(shù)選擇上采用D型覆冰的試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)起舞條件分析，覆冰厚度選擇15mm。
氣動(dòng)參數(shù)的計(jì)算通常根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采用多項(xiàng)式擬合的方法，得到氣動(dòng)載荷的表達(dá)式，根據(jù)理論分析，目前常用的三階多項(xiàng)式擬合對(duì)矩形規(guī)則截面的情況能滿足精度的要求，而對(duì)于導(dǎo)線覆冰這種截面形狀較為復(fù)雜的情況不能滿足精度的要求，而氣動(dòng)參數(shù)的擬合采用五階多項(xiàng)式可以滿足工程設(shè)計(jì)精度的要求，因此本發(fā)明氣動(dòng)參數(shù)的擬合關(guān)系式采用五階多項(xiàng)式。氣動(dòng)載荷與氣動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式為：
式中，F(xiàn)y為氣動(dòng)升力，ρ為空氣密度，Uy為折合風(fēng)速，D為導(dǎo)線迎風(fēng)面積，Cy為氣動(dòng)升力系數(shù)。式中，bk為擬合系數(shù)。
2、導(dǎo)線舞動(dòng)起振風(fēng)速計(jì)算
采用振子模型，考慮水平和豎直兩個(gè)自由度，將水平載荷向量Fx和豎直載荷向量Fy在動(dòng)態(tài)攻角α＝0處進(jìn)行泰勒展開，略去高階項(xiàng)，建立舞動(dòng)計(jì)算計(jì)算模型。引入無量綱時(shí)間，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行無量綱化處理，基于方程的特征向量，求解方程的穩(wěn)定性，確定起振風(fēng)速。
定義特征量其中A1＝2ξxωs+2μyUyCD0，A2＝-μyUy(CL0-CDα0)，B1＝2ξy+μyUy(CD0+CLα0)，B2＝2μyUyCL0，ξy為阻尼比，Uy為折合風(fēng)速，μy為質(zhì)量比，CD0,CL0,CDα0為氣動(dòng)載荷系數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)。
I：q≥0時(shí)
(i)時(shí)，
臨界無量綱風(fēng)速為，
式中，
(ii)時(shí)，
臨界無量綱風(fēng)速為，
II：q＜0時(shí)
臨界無量綱風(fēng)速為，
3、導(dǎo)線舞動(dòng)幅值特性計(jì)算
根據(jù)步驟2中所給出的分析模型，利用平均法進(jìn)行求解，得到氣動(dòng)參數(shù)取五階多項(xiàng)式擬合條件下，導(dǎo)線舞動(dòng)的幅值特性表達(dá)式，
其中，
A1＝35b5μy，ξy為阻尼比，Uy為折合風(fēng)速，μy為質(zhì)量比，b1…b5為氣動(dòng)載荷系數(shù)。
根據(jù)上述步驟，給定導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)、風(fēng)速條件，可以直接得到導(dǎo)線舞動(dòng)的起舞風(fēng)速及舞動(dòng)后的幅值特性，為輸電線路防舞設(shè)計(jì)的參數(shù)取值提供直接的技術(shù)支撐。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。