一种输电导线舞动机理的研究方法技术

本发明专利技术是有关于一种输电导线舞动机理的研究方法，通过作用学滞行方程和运行方程，得到输电导线上任意一点的滞行方程和运行方程：

Research method of transmission line galloping mechanism

The present invention is about a research method of galloping mechanism of transmission line. The hysteresis equation and operation equation at any point on the transmission line can be obtained by means of action study hysteresis equation and operation equation.

【技术实现步骤摘要】
一种输电导线舞动机理的研究方法
本专利技术涉及输电工程领域，特别是涉及一种输电导线舞动机理的研究方法。
技术介绍
输电导线舞动防治问题是国内外输电工程技术研究领域普遍关注的科技难题。输电导线舞动能给人类带来巨大灾害，所以，国内外都非常重视输电导线舞动机理及其灾害防治研究。关于输电导线舞动的研究，美国、加拿大、苏联、英国、日本等国家始于20世纪30年代，我国始于20世纪50年代。为了避免舞动事故的发生，世界各国的学术界与电力工程界都投入了巨大的人力与财力，对舞动现象与防舞措施课题进行了大量研究。概观来看，国内外关于输电导线舞动的这些研究，虽然主观上的目的是要搞清楚舞动机理，以至于能够采取合理的防舞措施，但在客观上基于不够完善的基础理论，只能对舞动现象进行一些感性的研究，大量的研究都不能真正切入机理，尽管人们进行了观测、实验、建模、数学计算方法、计算机仿真等等方面的大量研究，却始终不能给出舞动与其控制因素之间定量关系的理论与方程。不过，在防舞措施方面，国内外的研究的确都已取得了卓有成效的成果。目前，世界上已有两种解释舞动机理的理论，分别是美国DenHartog的垂直激发机理理论与加拿大O.Nigol的扭转激发机理理论。这两种理论主要是基于传统力学思想方法来研究舞动规律的，两者的共同缺陷都来自力学缺陷，其理论基础不够完善。力学的缺陷在于没有给出统一研究变化与其控制因素之间关系规律的正确理论，不能统一度量舞动条件，不能正确度量和计算输电导线稳定性和舞动性状态。无论是着眼于垂直激发作用，还是着眼于扭转激发作用，都不是着眼于舞动与其控制因素之间关系这一核心与整体，都是片面看待与研究舞动问题的，其方法有偏差。作用学是20世纪80年代产生的一门新兴科学。作用学产生在力学和中国古老的阴阳学说基础上。力学采用了定量函数方法研究解决问题，这是其具备的重要科学性之一，是中国阴阳学说不具备的。但是，力学过于强调力的作用和力学定律，淡化了客观、整体、统一、全面认识问题的科学理念，其结果是：一方面，使人们在实际问题研究中总是首先寻求解决问题的定律，而不是首先全面观察认识问题的客观规律，以至于能够根据客观实际寻求解决问题的方法与方案；另一方面，人们在问题研究中总是寻求力与变化之间的关系，而没有正确的作用概念和作用与变化统一的概念。与力学相比，中国古老的阴阳学说能够引导人们全面看待问题，并能指导人们从正反两个方面来认识问题，这是阴阳学说的科学之处。但是，阴阳学说不能采用定量函数方法研究解决实际问题，在其理论基础上产生的八卦术适用性较差。因此，力学和阴阳学说都不是完美的科学。作用学的变化概念包含运动变化、关系变化、变形、波动、振动、流动、渗流运动、化学变化、聚变、裂变、生物生长等等一切变化现象。作用学认为，最基本的变化受制于作用，复杂的变化如关系变化受运动、作用和基本变化共同控制。因此，作用学确立了一个统一描述自然发展演化基本规律的方程组，叫作用对立统一规律方程组，其数学表达式为为表述简洁，以下简称作用学基本方程组。
技术实现思路
本专利技术提供一种输电导线舞动机理的研究方法，使其可以更加全面的研究输电导线的舞动机理，从而能够更加科学的找到避免输电导线舞动的方法。根据作用学基本方程组，就输电导线舞动问题而言，方程组中的方程A＝AT+AF描述控制舞动现象发生的外作用量A与其中控制导线稳定的作用量部分AT和控制导线失稳的作用量部分AF之间的对立统一关系规律，方程AF＝EA描述导线失稳与作用、失稳条件之间的统一关系规律，方程AT＝TA描述导线稳定与控制作用、稳定条件之间的统一关系规律，方程E+T＝1描述不稳定程度即舞动特征值与稳定程度即不舞动特征值之间的对立统一关系规律，虚度E用于度量失稳舞动特性，实度T直接用于度量稳定、不舞动特性，并且，导线在控制平衡稳定的作用力控制下产生的、维持平衡的运行方程即滞动方程与方程组中的方程AT＝TA之间存在如下关系：式中，x1t表示控制平衡的作用力阻止导线舞动运行的距离，即位移损失量；导线的舞动运行方程与方程AF＝EA之间存在如下关系规律：式中，x2t表示导线舞动运行的曲线距离，即失衡位移。因此，方程组直接可以用于输电导线舞动机理研究。根据力学和作用学，针对输电导线的实际情况，首先确定其接受的各种作用量、虚作用量和实作用量。其中，输电导线如空架高压线接受的作用量由重力G、大气流的作用力即风力P、附加重力如覆冰的重力或附水的重力ΔG、附加风力ΔP共同产生。另外，线杆或塔架对导线产生支承和拉伸束缚作用。导线的重力等于舞动或摆动段导线即图1中OQ段导线段的质量m与重力加速度g之积，即G＝mg。风力为此公式是在流体力学关于流体对断面产生的作用力与流量之间的关系式基础上推导出来的，描述流体对物体产生的驱动作用力与流量、物体的体积之间的关系。式中，λ表示大气流的物质密度；q表示通过导线运行的大气流流量；S表示大气流垂直导线走向时对导线作用的最大截面面积；L表示导线长度；d表示导线横断面直径；k表示受作用体受作用的平均距离，即在作用方向上物体的平均长度。覆冰或附水或附尘产生的附加重力等于附着在OQ段导线上的冰、水或灰尘等物质的质量Δm接受的重力，即ΔG＝Δmg。附加风力ΔP由风对附加质量Δm的作用产生。若附加质量与风的接触面面积为ΔS，附加质量断面延伸的平均距离为Δk，那么，风对带有附加物质的导线产生的吹力为线杆或塔架对导线产生支承力，如图2所示，分别为N1和N2。线杆或塔架对导线产生的拉伸力分别为f1和f2。这些作用力共同控制着导线上每个质点的振动，即舞动或摆动。这些力对导线上任意点M的作用力如图3所示，其函数式为合作用力F＝(G+ΔG)+(f1+f2)+(N1+N2)+(P+ΔP)。如图4所示，如果大气流即风的运行方向与空间坐标轴x、y、z之间的夹角分别为α、β、γ，那么，风力在空间坐标轴上的投影分量分别为根据作用学，导线上任意一点M有两种最基本方程，分别是滞行方程和运行方程。根据作用学理论，滞行方程是指维持受作用点静止的作用与其控制因素之间的关系方程，其方程为AT＝TA，由A＝Ft，得其运动学形式为该方程描述受作用点在滞动作用控制下产生的的位移损失总量x1t与作用和受作用点的平衡性质参数T之间的定量关系规律，式中的v10表示初始滞行位移速度，t表示导线舞动时间；运行方程是指受作用点失衡量与其控制因素之间的定量关系方程，其方程为AF＝EA，其运动学形式为该方程用于描述失衡位移x2t与其控制作用和受作用点的失衡性质参数之间的定量关系规律，式中的v20表示初始失衡位移速度。根据滞行方程和运行方程可以看出，导线上点是否舞动或摆动，一方面取决于驱动作用，另一方面取决于舞动条件。其中，舞动条件由参数T和E来描述。在舞动研究中，参数T和E分别用于表述导线上任意点的不可舞动程度和可舞动程度。根据作用学，不可舞动程度和可舞动程度主要由舞动点的位置决定。如图5所示，假设导线上任意受作用点M与束缚点O、最大弯曲变形点B之间的距离分别为r1和r2，而点O、B之间的距离为r，那么，任一点的可舞动程度为不可舞动程度为将和分别代入滞行方程和运行方程，并联立方程组，则有根据以上分析可得出一个结论：输电导线上点的失稳舞动程度E值与比例系数成正比；输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电导线舞动机理的研究方法，其特征在于，通过作用学滞行方程和运行方程，得到输电导线上任意一点的滞行方程和运行方程：

【技术特征摘要】
1.一种输电导线舞动机理的研究方法，其特征在于，通过作用学滞行方程和运行方程，得到输电导线上任意一点的滞行方程和运行方程：式中x1t表示受作用点在滞动作用控制下产生的位移损失总量，v10表示初始滞行位移速度，t表示导线舞动时间，F表示作用力；x2t表示失衡位移，v20表示初始失衡位移速度；输电导线上任意受作用点与束缚点之间的距离为r1、输电导线上任意受作用点与最大弯曲变形点之间的距离为r2，束缚点最大弯曲变形点之间的距离为r。2.根据权利要求1所述的输电导线舞动机理的研究方法，其特征在于，导线上M点处单位导线质量接受的风力P传递到B处变为P′后使B点处单位导线产生的舞动加速度是式中，EM和EB分别表示在M处单位导线质量接受的驱动力P的控制下点M和点B的可舞动性质，ρ表示导线密度；M点是导线上舞动幅度最大点,所以，EM代表最大舞动点的可舞动程度，根据这个函数式可以进一步给出导线上点的舞动规律：导线上点舞动加速度与比例系数成正比，与风对导线的作用强度成正比，与导线跨度长l成正比，与最大舞动点的可舞动程度EM值成正比，与导线密度成反比。3.根据权利要求1所述的输电导线舞动机理的研究方法，其特征在于，根据方程输电导线的不可舞动程度可舞动程度当r1＝r时，r2＝0，导线的不可舞动性质特征值达...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志红，王昌益，王冠宇，张婷婷，王茂成，田书然，
申请(专利权)人：鲁东大学，国网山东省电力公司烟台供电公司，
类型：发明
国别省市：山东,37