论文总字数：22723字

摘 要

本文对导地线的微风振动进行了多方面的研究，主要包括能量平衡法的改进、输电线-防振锤体系的耦合分析、研究防振锤最优安装位置的优化计算、阻尼线的耗能计算理论、分裂导线防振方法等几部分。

首先分析了导致微风振动传统计算方法能量平衡法计算误差的原因，然后从风能输入功率、输电线自阻尼功率、防振锤耗能功率的计算方法等方面，对能量平衡法进行改进，使能量平衡法可以考虑更多的影响因素以提高求解精度。并基于改进后能量平衡法编制了计算机辅助计算程序。利用奇异摄动法得到了阻尼线的静态大变形的形态计算结果。通过伽辽金法给出了阻尼线的耗能计算方法。从而使能量平衡法可以考虑阻尼线的耗能。然后，考虑阻尼间隔棒阻抗影响的分裂导线体系的振动方程组含超越函数和复数，通过求解超越特征值得到分裂导线的振动频率和模态，得到各间隔棒、各段子导线的振幅比，从而使分裂导线简化成单导线去计算。导地线的微风振动分析研究有着重大理论意义和社会经济意义的课题。希望本文的研究能够为特高压输电工程的建设提供一些有益参考。

关键词：微风振动；防振锤；阻尼线；分裂导线

Analysis and Research on the wind vibration of the lead wire

Abstract

The guide wire breeze vibration were research in many aspects, including the improvement of the energy balance method, transmission line anti vibration hammer system coupling analysis. To study the anti vibration hammer optimal installation location optimization, linear damping energy dissipation calculation theory, bundled conductors anti vibration method etc. several parts.

Firstly, the author analyzes the lead to computational error of traditional calculation method of aeolian vibration energy balance method, then from wind power input, conductor self damping power, anti vibration hammer energy dissipation power calculation method and other aspects, the energy balance method is improved, so that the energy balance method can be admitted to consider more influencing factors to improve the precision of the solution. And based on the improved energy balance method developed the computer aided calculation program. By using the singular perturbation method is used to get the linear damping static large deformation morphology results. By Galerkin method, the paper gives the damping line of energy consumption calculation method. So that energy balance method can be considered linear damping energy dissipation. Then, considering the damping spacer Rod impedance effect of bundle conductors system vibration equation group including transcendental function and plural, by solving the transcendental characteristic is to split the vibration frequencies and modes of wire, the spacer is obtained and the amplitude of each piece of wire ratio, thereby making the bundle conductor is simplified into a single wire to calculate. Guide wire analysis of aeolian vibration of great theoretical significance and social and economic significance of the topic. I hope this research can provide some useful reference for the construction of UHV power transmission project.

Key words: breeze vibration; vibration damper; damping line; split conductor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 研究现状 1

1.2.1微风振动 1

1.2.2阻尼线 1

1.2.3分裂导线 2

1.3本文主要内容 2

第二章 能量平衡法的改进研究 3

2.1引言 3

2.2风能输入功率的改进 4

2.2.1风能输入功率 4

2.2.2考虑地形影响的风能功率 4

2.3输电线自阻尼功率的改进 5

2.4防振锤耗能功率的动力特性及改进 5

2.4.1防振锤的动力特性分析 5

2.4.2防振锤功率特性计算 6

2.5防振锤安装位置优化计算 8

2.5.1一般计算方法 8

2.5.2优化的计算方法 9

2.5.3计算示例 10

2.6 输电线－防振锤体系的耦合分析 11

2.7本章小结 12

第三章 分裂导线的微风振动 13

3.1 引言 13

3.2分裂导线的防振方法 13

3.2.1分裂导线的微风振动特征 13

3.2.2传统计算方法 13

3.2.3分裂导线微风振动的精细计算方法 14

3.3本章小结 15

第四章 阻尼线的消振机理和耗能计算方法研究 16

4.1 引言 16

4.2阻尼线消振机理及其应用 16

4.2.1阻尼线静力形态曲线 16

4.2.2奇异摄动法求近似解 17

4.3阻尼线伽辽金法耗能计算 17

4.4阻尼线耗能计算实例 18

4.5本章小结 18

第五章 总结与展望 20

5.1全文总结 20

5.2展望 20

致 谢 21

第一章 绪 论

1.1 研究目的与意义

针对特高压工程建设的发展规划，国家应利用特高压交流输电技术和直流变换传输技术，建立横向和纵向的特高压输电线路中，实现远距离、大规模的电力输送，为了在一个广泛的优化电力资源配置我国能源资源的有效利用。

特高压输电要靠输电线去承载运输，所以要确保输电线的安全运行。特高压输电工程中所要求的导线截面、悬挂点高度以及档距都会在风的作用下产生的振动影响。导地线由风导致的振动按照振动频率和振动幅度的不同，可以分成次档距振荡、舞动和微风振动3类。其中，微风振动发生的频率是最高的且造成的危害也是最严重的，其造成的危害包括了由于受疲劳导致的导地线断股（线）、对金具的损坏和对杆塔部分构件的破坏。舞动的发生频率比较低，它的产生条件：气温低至可以使导线结冰且存在一定速度（5-15m/s）的横向风。

为了保证特高压线路的可靠运行，必须对导地线的风致影响制定可靠有效的防振措施,。由于我国特高压输电工程在不断发展,因此需要对防振措施进行深入的研究，以此使得微风振动造成的影响降到安全范围内。微风振动、次档距振荡与舞动的机理都存在差异，针对微风振动的专门研究不是很多,所以本文将研究重点放在导地线的微风振动及控制。

1.2 研究现状

1.2.1微风振动

如今，对微风振动的研究已愈来愈多，应用在输电工程中的防振锤已经达到数十种之多，并且在输电线路中也广泛用到了PVC防振鞭、间隔棒、阻尼线等。其中，欧美国家更多的会在输电线路中采用防振锤；而有些国家则会在输电线路中使用防振锤的同时也使用阻尼线。

能量平衡法主要是对微风振动引起的导线上每个点的动弯应变都保持在其防振范围，使得导线系统能量平衡。1991年，Kraus,Michal把理论带入了运行线路的实践中，记录下了风输入的能量，相比于风洞试验的结果，进一步解释了当时使用的风能输入曲线的可靠性,通过对曲线和试验的分析得出风能输入受影响严重的原因是风紊流强度；能量平衡法和数值方法都可以求解输电线一防振锤系统振动方程，两者共同之处在于都要去确定风能功率、自阻尼功率和防振锤消耗功率。一般来说，都要通过试验得到。在我国，20世纪才着手于研究微风振动方面，但国内学者们也创造了许多研究性的成果，不过在大量使用防振锤防振的过程中，还是发生了微风振动导致的问题。在国内的特高压电网的发展中，更多的学者意识到了对输电工程线路设计上要加强对输电线的防振。首当其冲的是必须对微风振动的研究进行改进，使得能量平衡法受用各种环境。

1.2.2阻尼线

在我国的特高压输电工程中，光安装防振锤满足不了对风输入能量的消耗的情况，就必须使用防振锤、阻尼线的组合，这样才能有效的防振。但是在目前的防振技术，阻尼线的消振体系、系统的设计和功率的计算方法还不够完整，只能进行一些对阻尼线的定性分析和实验。国外的防振技术不容易获取，因此阻尼线相关的研究文献几乎无。后来得出阻尼线具有适用的防振效果。

阻尼线和防振锤组合使用进行线路系统的防振，在现在许多的大跨越输电工程中广泛引用，所以，我国应该对阻尼线的防振技术加强理论分析及应用、也要加强试验方面的研究。1994年，郑第通等人在阻尼线的研究中做出成就，设计出了重叠式花边阻尼线，可以应用在高应力运行的导线防振，也投入实践在35kv的青李线上，体现了良好的防振；2003年，谢昌举等提出了对阻尼线--输电线振动的耦合特性研究的想法，并且现场去测量大跨越的输电工程中的防振设计，得到阻尼线和防振锤结合应用，是有较好的防振效果的。

1.2.3分裂导线

分裂导线被间隔棒隔开且并列在一起，整档也就分成多个次档距，这些一系列的次档距在微风振动下的频率和幅值有着显著的不一致。多次的试验和测振对比都表明，在阻尼间隔棒的防振机理下，分裂导线的防振效果较单导线好。不过在对分裂导线的防振计算中，导线一间隔棒一防振锤动力之间的计算复杂，各子导线也通过气流相互之间影响，求解就变得非常难。使用折减系数的办法，不能做到对间隔棒安装距离的优化计算。所以，必须研究精细计算方法，更加熟悉分裂导线的动力特性，才能更好的去选择分裂导线的防振器以及适合的防振方案。

与其它振动方式不同，分裂导线独有的振动形式是次档距振荡，次档距振荡是因为尾流效应产生的，研究复杂系数高。

1.3本文主要内容

即使国内外学者在导地线的防振上己经研究了很多成就，但还需要更精细的计算、强大的理论基础及试验成果来满足输电工程设计和计算的需要，特别是要满足特高压大跨越输电工程防振设计的需要，所以对导地线微风振动的防振设计还需进一步分析。

第1章：绪论，研究的目的及意义、现状、内容等。

第2章：能量平衡法的改进研究，研究输电线－防振锤体系动力学模型，进行动力特性分析。对防振锤进行动力学建模，通过已有的防振锤参数，得到符合实测的防振锤力频特性函数。对输电线－防振锤体系进行耦合分析，能量平衡法研究防振锤最优安装位置和安装数量。

第3章：研究分裂导线的防振方法。

第4章：阻尼线的消振机理和耗能计算方法研究。

第二章 能量平衡法的改进研究

2.1引言

能量平衡法，即风输入给输电线的能量和输电线一防振器系统消耗能量处于平衡状态下来求解输电线的微风振动强度。

根据计算，分析出在线路防振设计上需要在特定的位置上挂上特定的防振锤。在输电线微风振动时所涉及到的功率有很多，其中最重要的是输入到导线的风能功率、导线自阻尼功率以及防振锤消耗功率，分别用Pw、Pc、Pd表示。风能功率是指单位时间输电线获得的风能；自阻尼功率是指输电线振动过程中损耗的功率；防振锤消耗功率就是防振锤在防振过程中吸收掉的功率。风能功率Pw、自阻尼功率Pc和防振锤消耗功率Pd都是振幅A和频率f表示的函数。确定频率fo值时，仅仅是由振幅A表示的函数，函数如图2-1能量平衡法示意。

图2-1 能量平衡法示意

曲线1是输入到导线的风能功率曲线，曲线2是自阻尼功率的曲线，曲线3是自阻尼加上防振锤共同损耗的功率曲线。在图上a点是风能功率曲线和自阻尼功率曲线的交点，即风能功率和自阻尼功率的平衡点。对应的振动幅值恰为Aa的话，不用去进行防振设计，因为导线不会因为频繁振动而损坏。如果振动幅值不是Aa的话，就必须安置防振装置，防振装置发挥效果，稳定在图上b点状态，振幅就是Ab。以上两种情况表示为：

无防振装置：Pw=Pc （2-1）

有防振装置：Pw=Pc Pd （2-2）

式（2-1）确定要不要安装防振装置，式（2-2）决定选用的防振装置可不可以。

能量平衡法解答过程依赖实验测得，而且风能输入功率和自阻尼功率的测得不够精细，这样去计算的振幅用于工程当中存在不利影响。所以应该基于以下的能量平衡法的不足进行改进研究。

（1）未分析防振锤对输电线振动模态的影响。把防振锤在防振时的防振段的振幅和输电线的最大振幅混为一谈。从图2-2可见，输电线的最大振幅并不是防振锤夹头的振幅。

（2）容易忽略防振设计中风能功率会受紊流的影响。

（3）能量平衡法依赖试验测得的数值，对于新型地线和导线的自阻尼计算缺乏理论基础。

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