关键词:
覆冰形状
动态风荷载
覆冰计算模型
自然覆冰
摘要:
输电线路覆冰对于我国电力系统的安全运行影响显著,目前采用的主流监测方法是基于导线力学模型,虽可实现一定程度的线路冰厚测量,然而其准确度却受到覆冰导线动态风荷载的影响而难以提高,因此需要深入研究覆冰对于导线动态风荷载的影响,并建立相应覆冰计算模型。本文通过数值模拟方法研究了四种典型覆冰形状下导线的气动特性,拟合得到各冰形的气动阻力系数函数,通过模拟动态风速研究分析不同覆冰参数对于线路动态风荷载的影响规律,在考虑风荷载作用的基础上建立了输电线路等值冰厚计算模型,并开展线路自然覆冰试验验证仿真结果及计算模型的准确性。论文的主要工作与结论如下:(1)圆形和椭圆形为输电线路表面的典型覆冰形状,其气动阻力系数受到覆冰厚度、风速和迎风攻角的影响。对于圆形覆冰,当风速较小时,其截面气动阻力系数会随覆冰厚度的增加而呈现增大趋势,而当风速较大时,则呈现先增大后减小的趋势。对于三种典型的椭圆形覆冰,其气动阻力系数均随着风速的增大而逐渐减小,在风速一定情况下,当覆冰厚度增加时,覆冰导线气动阻力系数逐渐减小,当迎风攻角增加时,其气动阻力系数则会逐渐增大,并在0°时最小,在90°时取到最大值。根据仿真结果拟合得到各典型冰形下覆冰导线气动阻力系数关于覆冰厚度和风速的函数关系。(2)覆冰导线风荷载随动态风速变化而基本呈现二次方增长趋势,不同覆冰参数对其动态风荷载的影响规律不同。在相同瞬时风速下,椭圆形Ⅰ覆冰导线风荷载随等值冰厚的增大而逐渐减小,圆形、椭圆形Ⅱ和Ⅲ的风荷载则随之而逐渐增大,各典型冰形的覆冰导线风荷载均随截面迎风长度的增加而呈现增大趋势。相同条件下,椭圆形Ⅰ的雨凇覆冰风荷载大于混合淞覆冰,其他冰形则均是混合淞覆冰的风荷载更大。当等值冰厚和覆冰类型相同时,圆形覆冰导线风荷载大于椭圆形覆冰,在三种典型椭圆形覆冰中,椭圆形Ⅱ的风荷载最大,在覆冰较轻的情况下椭圆形Ⅲ的风荷载最小,而在覆冰较重的情况下则是椭圆形Ⅰ的风荷载最小。(3)确定导线端部张力与其所受综合荷载的定量变化关系,在考虑覆冰风荷载作用的基础上,针对规则冰形情况与不规则冰形情况分别建立基于张力监测的输电线路等值冰厚计算模型,通过输入覆冰导线张力、温度及动态风数据,可在模型中对线路等值覆冰厚度进行求解,并且剔除了动态风荷载的影响。(4)自然条件下,在覆冰初期和中期,试验导线的覆冰形状主要为典型椭圆形Ⅰ,在覆冰后期主要为典型椭圆形Ⅱ、Ⅲ和不规则冰形。自然覆冰导线的端部张力和风荷载均随风速变化而呈增大趋势,且覆冰因素对其动态风荷载的影响与仿真规律基本一致,随着等值冰厚增大,自然椭圆形覆冰导线的风荷载呈现先下降后上升的趋势,随着截面迎风长度增加,椭圆形覆冰导线风荷载呈现增长趋势,变化规律与仿真结果基本一致。在相同等值冰厚下,椭圆形Ⅱ的覆冰风荷载大于椭圆形Ⅲ,不规则冰形的风荷载大于椭圆形覆冰。对于自然覆冰条件下的规则冰形和不规则冰形情况,试验导线等值冰厚的模型计算结果与实测结果较为接近,最大相对误差分别为8.65%和11.06%,证明本文模型具有较好的准确性。