基于动力学法对大跨越输电线防振特性的研究

基于动力学法对大跨越输电线防振特性的研究

黄健曹自潭李波徐文

（1:襄阳市供电公司经济技术研究所湖北省襄阳市441000）

摘要：本文依据前人对防振锤、阻尼线作用力的研究成果，建立了基于动力学方法的大跨越输电线路-防振锤-阻尼线体系的振动方程，然后确定了方程中所有的未知参数，并应用L-P法求解该方程，最后得到描述输电线路振幅和风输入频率关系的幅频方程。最后针对一个工程实例依据本文结论数建立值模型，分析了风输入频率和输电线振幅之间的变化规律，发现随着风输入功率的增加，输电线振幅先增大后减小，调谐值的变化对振幅的影响越来越小。

关键词：大跨越输电线；微风振动；阻尼线；防振锤；动力学法

0引言

大跨越输电线路在运行过程中，由于风作用在输电线后会产生Karman涡街，导致输电线上下振动，振动会让输电线在两端线夹的位置出现疲劳损伤，甚至导致断股现象，而断股的维修费用又非常高。工程上一般采用安装防振锤、阻尼线等防振金具去耗能减振。但是现阶段没有对于防振金具耗能准确描述的计算方法，工程上一般是由供应商提出防振金具的布置方案，然后由检测试验单位做试验确定其耗能是否满足要求，最后再由设计方确认进行设计。整个过程耗时长，造价高。因此研究一种能够准确描述防振金具耗能的方法是极为必要的[1]。

1基于动力学法对大跨越输电线振动模型的建立

输电线自阻尼的力等于等效自阻尼系数乘以振动速度，让自阻尼的力乘以速度在一个周期内积分得到自阻尼在一个周期内的耗能，让其等于导线在档距内一个周期的耗能，建立方程，可以求得等效自阻尼系数c为：

依据流体力学的知识可以得到单位长度收到的涡升力表达式为：

2依据数值分析研究风速和输电线振幅关系

本文采用某江大跨越的实际工程，此项目跨越档距1494m，使用导线型号为AACSR/EST-640/290，运行张力是15%的拉断力，阻尼线使用相同型号的导线，振锤使用FR型防振锤，防振锤大头质量m1=2.517kg，防振锤小头质量m2=1.845kg。

本文对上述工程利用MATLAB软件建立数值模型进行分析，描绘出以上条件下不同风速输电线振动幅频曲线，取出0.5m/s、1m/s、1.5m/s、3m/s、5m/s、10m/s这几个具有代表性的风速，绘制其对应的调谐值-振幅的关系图以研究其规律，如图2所示：

图2有防振措施的输电线幅频曲线

由上图可以看出，随着风速的增大，输电线的振幅先增加后减小。在风速较低时，振幅随风速变化显著，而当风速大于5m/s时，振幅随风速的增加，变化不再显著。造成这种现象的原因是输电线的自阻尼在低风速的情况下耗能较低，而随着风速的增加，其耗能也随之增加，当风输入的能量和输电线自阻尼耗能相等的时候，输电线的振幅达到最大值。同时也可以看出，随着风速的增加，幅频曲线在调谐值为0时的凸起就越平缓，这说明，当风速较大的时候，引起输电线微风振动“锁定效应”的风速变化范围就越广。因此，在设计中，应适当改变档距、轴力或是输电线型号去避开输电线系统的特征风速和工程所在地常年多出现的风速相等的情况。

3结论

根据以上的理论推导和对工程实例的数值分析，可以总结出以下结论：

（1）本文提出的该体系有别于传统能量法的动力学方法在设计中有参考意义；

（2）设计中应尽量避免输电线系统的特征风速和工程所在地常年多出现的风速相等的情况；

（3）随着风速的增加，输电线振幅先增大后减小；

（4）随着风速的增大，输电线微风振动的“锁定效应”范围越宽。

参考文献：

[1]邵天晓.架空送电线路的电线力学计算[M].北京:中国电力出版社,2003:2-3.

[2]陈颢元.大跨越架空输电线微风振动特性分析[M].三峡大学土木与建筑学院.2015.6

[3]黄健、曹自潭等，基于动力学法对阻尼线耗能的研究[J].电力设备，2017,(09),443-444;

[4]黄欲成,汪峰,陈池等.考虑振型对称性的大跨越输电线微风振动模型[J].水电能源科学,2015,33(11):176-191;

[5]陈树辉.强非线性振动系统的定量分析方法[M].科学出版社,2007.

曹自潭（1990年），通讯作者，男，硕士，初级工程师，主要研究方向为大跨越输电线微风振动、防振措施和数值分析的研究，E-mile：1060041858@qq.com，联系地址是湖北省襄阳市长虹路15号襄阳供电公司经济技术研究所，邮编441000，联系电话15072275070。

其他作者：

黄健（1970年）：男，学士，工程师，主要研究方向为送变电基建工程施工和管理。E-mile：huangj141@hb.sgcc.com.cn，联系电话13807279965；

李波（1977年）：男，学士，工程师，主要研究方向为送变电基建工程施工和管理。E-mile：15512522@qq.com，联系电话13886261013；

徐文（1992年）：男，学士，助理工程师，主要研究方向为送变电基建施工和管理。E-mile：10557760@qq.com，联系电话15871005707.