铁塔、导线、防舞器耦合系统铁塔抗导线舞动的方法技术方案

技术编号:4008322 阅读:333 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
铁塔、导线、防舞器耦合系统铁塔抗导线舞动的方法,它包括如下步骤:建立铁塔模型,设置导线舞动参数,建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型,添加铁塔节点荷载,设置塔脚节点约束,利用核心计算模块进行计算求解,利用后处理模块,直接计算输出铁塔单元的内力-时间历程曲线,根据计算输出的铁塔单元内力-时间历程曲线校核铁塔单元的承载力,据此判断铁塔单元是否需要进行加强。本发明专利技术考虑了铁塔、导线、防舞器的耦合效应,对加装防舞器后导线舞动规律的研究更具准确性,也可计算分析导线舞动对铁塔的影响,研究铁塔抗舞动的承载能力,提供铁塔单元加强的依据,可满足科研、工程设计的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
导线舞动是覆冰导线在相对稳定风的激励下产生的流固耦合非线性振动。覆冰导线舞动幅度大,持续时间长,危害大。轻则相间闪络、损坏导线、金具,重则 导致线路跳间停电、断线倒塔等事故,造成重大经济损失。2008年的南方冰灾就出现多条输 电线路铁塔因为导线舞动而破坏的事故。导线舞动在时间和空间上具有偶然性,难于观测。 我国是舞动频发的国家,导线舞动成为威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一。20世纪30年代以来,一些学者对导线舞动机理、舞动规律做了大量的研究,提出 了多种舞动机理学说,包括Den Hartog的垂直舞动机理、0. Nigol的扭转舞动机理、P. Yu的 偏心惯性耦合失稳机理、阵风诱发机理等。国内外学者对导线的舞动也做了大量的实验研 究,提出了一些有效的并已在工程实践中得到运用的防舞措施。以往的舞动研究多着眼于导线舞动本身,而把铁塔近似为某种弹簧支撑边界,这 种研究方法具有如下缺点(1)、没有考虑铁塔、导线、防舞器之间的耦合效应;(2)、没有考 虑相邻档导线在舞动过程中的相互耦合、相互影响;(3)、覆冰导线舞动对输电线路铁塔的 影响研究很少,铁塔的在舞动条件下的安全性研究很少提及。因此,在研究导线舞动的过程中考虑铁塔、导线、防舞器之间的耦合效应,提升输 电铁塔抗导线舞动的设计理论和水平,提高铁塔的抗舞承载能力,为方便计算和工程设计 服务成为了一项非常重要的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有导线舞动的研究没有考虑导线与铁塔及防舞器 的耦合效应、仅将铁塔近似为某种弹簧支撑边界的不足;而提供一种铁塔、导线、防舞器耦 合系统铁塔抗导线舞动的方法。本专利技术利用三维大位移、大转动、非线性动态显式有限元方法计算覆冰导线的舞 动过程,建立铁塔、导线、防舞器耦合模型,考虑铁塔与导线和防舞器的耦合效应,计算分析 加装防舞器后导线的舞动规律以及铁塔在导线舞动作用下的受力状态,以便对铁塔抗舞承 载能力进行安全性评估。可实现铁塔、导线、防舞器耦合体系的快速建模、舞动计算分析和 计算结果的输出,可动画显示导线舞动的全过程,以图形、文本形式输出导线端部张力的时 间历程曲线以及铁塔构件内力的时间历程曲线,作为铁塔抗舞设计的依据。本专利技术的目的是通过如下措施来达到的铁塔、导线、防舞器耦合系统铁塔抗导线 舞动的方法,其特征在于它包括如下步骤(1)、建立铁塔模型导入直立式铁塔内力分析软件TTA生成的.dxf三维塔架线模 型,将塔架的.dxf中所有线信息转化为有限元模型的单元信息,以确定单元在空间中的位 置;对已经生成的有限元模型中每个单元截面的尺寸进行赋值或直接导入TTA生成的.out结果文件,并定义单元类型为梁单元类型或杆单元类型;在塔架有限元模型的单元截面尺 寸及其在空间的位置确定之后,再对梁单元的截面朝向进行调整,使得梁单元截面方向与 实际情况完全相同,即得到一个铁塔模型;再按照上述方法根据实际档距、转角度数、塔位 高程建立多个铁塔模型;(2)、设置导线舞动参数在铁塔模型上设置导线舞动参数,包括导线分裂数、分裂 圆截面半径、耐张绝缘子串长度、导线参数、覆冰参数、风速、初始攻角θ和气动力系数;定 义导线绝缘子串、分裂导线间隔棒的单元类型和材料属性,其中绝缘子串定义为杆单元,间 隔棒定义为梁单元;所述的导线参数包括截面半径、钢芯截面面积、铝绞线截面面积、单位重量、弹性 模量,覆冰参数为半椭圆型长轴方向的覆冰厚度,所述的气动力系数由风洞实验根据覆冰 参数、导线截面、风速及初始攻角θ确定;(3)、建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型在铁塔挂点上添加导线,并输入导线 的架线张力和单元划分数量;采用二分迭代法对导线的初始形状进行计算,使导线在施加 重力和初始张力后到达稳定平衡;所述的初始张力T = O. 25Tp,Tp为导线的破断力;在 分裂导线内按照实际间距添加相内间隔棒;按照工程实际在分裂导线上添加防舞器,通过 GTA舞动计算仿真平台输入防舞器尺寸、重量及安装位置;(4)、在建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型之后,添加铁塔节点荷载,设置塔脚 节点约束,对塔脚在X轴、Y轴、Z轴三个方向的平动自由度和转动自由度进行约束,定义荷 载曲线;设置时间参数计算结束时间和计算结果输出时间间隔,生成计算文件,利用核心 计算模块进行计算求解;(5)、计算结束后,利用后处理模块,直接显示导线和塔架的舞动动画,通过图形输 出导线任一截面的舞动轨迹,利用输出的导线节点位移-时间历程曲线计算出导线的舞动 频率、舞动幅值;直接计算输出铁塔单元的内力_时间历程曲线;(6)、根据计算输出的铁塔单元内力-时间历程曲线校核铁塔单元的承载力,据此 判断铁塔单元是否需要进行加强。在上述技术方案中,所述第(4)步中核心计算模块计算求解的方法为第一步读取铁塔、导线、防舞器耦合系统模型;第二步在0 < t <= 200秒,在导线上缓慢加载重力及静风载荷;在200 < t < = 300秒,保持重力及静风载荷;在300 < t < T秒,加入动态载荷,其中T为结束时间;第三步通过动态计算模块获取导线节点坐标、转动角度、速度、加速度、角速度、 角加速度;第四步根据第三步的数据计算导线单元速度、加速度、角速度、角加速度及攻角 变化;第五步根据第四步的数据求得导线单元所受的舞动载荷;第六步根据第五步的数据将载荷平分到导线单元节点;第七步根据第六步的数据将平分到导线单元节点上的载荷加入第二步中的在 300 < t < T秒的动态载荷; 第八步根据第七步得到的动态载荷对下一时刻再进行动态计算,进入第三步;再进入第四步、第五步、第六步、第七步、第八步如此循环;第九步将第三步中与设定的输出时间相符的数据记录并输出。在上述技术方案中,所述确定导线初始形状的二分迭代法为步骤1 求导线在重力和架线张力的平衡下的形状;步骤2 对所求得的形状进行变换,将导线所有节点与导线悬挂点的坐标差值乘上一个小于1. 0的系数Il,形成新的导线形状;步骤3 对新的导线形状进行重力加载计算,并得到重力下的导线水平张力;步骤4 对比计算出的水平张力和架线张力,如果水平张力小于架线张力,减小系 数η,反之增大,该系数根据二分法确定;步骤5 重复步骤2至步骤4,直到水平张力与架线张力相等,当差值绝对值小于 50Ν时,认为相等,此时得到的形状即为导线初始形状。本专利技术通过建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型;对导线施加舞动荷载进行有限 元计算分析;并利用后处理模块,以动画、图形和文本格式输出计算结果。本专利技术的,考虑了铁塔、导线、 防舞器的耦合效应,对加装防舞器后导线舞动规律的研究更具准确性,也可计算分析导线 舞动对铁塔的影响,研究铁塔抗舞动的承载能力,提供铁塔单元加强的依据,可满足科研、 工程设计的需要。附图说明图1为GTA舞动计算仿真平台主界面;图2为铁塔、导线、防舞器耦合系统模型图;图3为覆冰导线的截面示意图;图4为覆冰导线受力图示意图;图5为本专利技术核心计算模块的程序方框图;图6为本专利技术中导线悬链的曲线图;图7为铁塔、导线、防舞器耦合系统模型内六分裂导线中部节点运动轨迹图;图8为铁塔、导线、防舞器耦合系统模型内六分裂导线中部节点位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁塔、导线、防舞器耦合系统铁塔抗导线舞动的方法,其特征在于它包括如下步骤:(1)、建立铁塔模型:导入直立式铁塔内力分析软件TTA生成的.dxf三维塔架线模型,将塔架的.dxf中所有线信息转化为有限元模型的单元信息,以确定单元在空间中的位置;对已经生成的有限元模型中每个单元截面的尺寸进行赋值或直接导入TTA生成的.out结果文件,并定义单元类型为梁单元类型或杆单元类型;在塔架有限元模型的单元截面尺寸及其在空间的位置确定之后,再对梁单元的截面朝向进行调整,使得梁单元截面方向与实际情况完全相同,即得到一个铁塔模型;再按照上述方法根据实际档距、转角度数、塔位高程建立多个铁塔模型;(2)、设置导线舞动参数:在铁塔模型上设置导线舞动参数,包括导线分裂数、分裂圆截面半径、耐张绝缘子串长度、导线参数、覆冰参数、风速、初始攻角θ和气动力系数;定义导线绝缘子串、分裂导线间隔棒的单元类型和材料属性,其中绝缘子串定义为杆单元,间隔棒定义为梁单元;所述的导线参数包括截面半径、钢芯截面面积、铝绞线截面面积、单位重量、弹性模量,覆冰参数为半椭圆型长轴方向的覆冰厚度,所述的气动力系数由风洞实验根据覆冰参数、导线截面、风速及初始攻角θ确定;(3)、建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型:在铁塔挂点上添加导线,并输入导线的架线张力和单元划分数量;采用二分迭代法对导线的初始形状进行计算,使导线在施加重力和初始张力后到达稳定平衡;所述的初始张力T=0.25Tp,Tp为导线的破断力;在分裂导线内按照实际间距添加相内间隔棒;按照工程实际在分裂导线上添加防舞器,通过GTA舞动计算仿真平台输入防舞器尺寸、重量及安装位置;(4)、在建立铁塔、导线、防舞器耦合系统模型之后,添加铁塔节点荷载,设置塔脚节点约束,对塔脚在X轴、Y轴、Z轴三个方向的平动自由度和转动自由度进行约束,定义荷载曲线;设置时间参数:计算结束时间和计算结果输出时间间隔,生成计算文件,利用核心计算模块进行计算求解;(5)、计算结束后,利用后处理模块,直接显示导线和塔架的舞动动画,通过图形输出导线任一截面的舞动轨迹,利用输出的导线节点位移-时间历程曲线计算出导线的舞动频率、舞动幅值;直接计算输出铁塔单元的内力-时间历程曲线;(6)、根据计算输出的铁塔单元内力-时间历程曲线校核铁塔单元的承载力,据此判断铁塔单元是否需要进行加强。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:曾德森舒爱强包永忠杨景胜李强沈聪
申请(专利权)人:中国电力工程顾问集团中南电力设计院
类型:发明
国别省市:83[中国|武汉]

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