关键词:
架空输电线路
脱冰
覆冰
动力响应
有限元
摘要:
输电线路覆冰威胁着电网系统的安全运行,线路严重覆冰会造成倒塔、断线等事故;覆冰脱落则会引起电线脱冰跳跃,造成导线烧伤、跳闸等故障。为了保证输电系统的安全性和可靠度,研究架空输电线路覆冰及脱冰动力响应问题具有十分重要的意义。本文首先基于ABAQUS有限元软件,对某220kV单回输电线路覆冰塔线体系的脱冰响应进行了数值模拟。采用改变密度法模拟未脱落覆冰的惯性作用,而覆冰脱落则通过改变惯性加速度来实现;分析了线型、脱冰档位置、档内脱冰位置、脱冰率和导线脱冰顺序等对塔线体系的动力学响应的影响。针对单根导地线脱冰、双分裂导线同时脱冰和分步脱冰给出安全的脱冰方案。结果表明,档距为300米时,单根导、地线单次脱冰应分别选用初始脱冰率小于20%和30%的端部脱冰方式;双分裂导线中部同时脱冰的初始脱冰率应不大于10%,端部同时脱冰不大于30%;同档内分步脱冰时需对已除冰的导线增加临时间隔棒,且脱冰率逐级降低,存在高程差的导线脱冰时需减小脱冰率;当线路可断电脱冰时,不考虑导线相互碰撞,可采用100%完全脱冰,导地线及塔身应力均可满足强度要求,单次单根脱冰时,结构上应采用对称脱冰顺序,防止产生过大的档间张力差。针对以上脱冰方案,拟进行脱冰实验,采用悬挂集中荷载的方法来模拟覆冰,释放荷载模拟脱冰。结合实验场地的实际情况和停电时的脱冰策略,首先制定了实验方案,即进行两种工况下的实验,在重物分别为3.5kg和5kg时,均采取12个质量块全部同时释放的方式;同时在ABAQUS软件中建立了与实际线路相一致的2塔3档塔线体系有限元模型,分别采用空间梁单元和将材料设置为不可压缩的桁架单元对导地线进行模拟,分析了在给定的实验方案下,塔线体系在不同脱冰工况下的动力响应。结果表明,随着悬挂重量的增加,塔线体系上杆塔、导线、绝缘子串等的应力相应增大,但均未超过材料的屈服强度,塔线体系在集中荷载作用下是安全的;导线的脱冰跳跃具有低频大幅度特征,在重物释放瞬间导线跳跃高度最大,随后由于阻尼的存在,振幅逐渐衰减而趋于平衡位置;相邻档导线的跳跃高度低于中间档导线;导线的跳跃高度、相邻档间张力差均随着悬挂重量的增加而增大;导线跳跃过程中的动态应力均小于静载作用下的初始应力;两种绝缘子串在加载后应力较大,荷载释放后的应力均小于静载作用下的应力;输电杆塔的应力在荷载释放前后相差不大,塔身应力均较小,远低于结构杆件的屈服强度,各构件仍处于弹性状态。结合实验方案,在户外实际塔线体系上进行了模拟脱冰实验,通过改变覆冰厚度,研究在不同脱冰工况下导线的舞动规律;分别采用拉线位移传感器和加速度传感器获得了脱冰档导线测点处的位移和加速度变化曲线;通过对比分析,实验与仿真所得结果一致,验证了所建模型及采用的数值模拟方法的正确性。