一种输电线路错频耦合减振控制方法技术

本发明专利技术公开了一种输电线路错频耦合减振控制方法。本发明专利技术主要是将传统采用的三相输电线路放线张力相同、弧垂相同、走向平行的输电线原始构型，改为采用三相放线张力差异化的输电线减振构型，张力的差异化引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制；输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内，以保障线路安全运营且线型整体协调美观。本发明专利技术通过调整三相输电线路的放线张力，较好地解决了大跨柔性结构振动控制问题。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路错频耦合减振控制方法
本专利技术属于大跨柔性结构减振
，具体涉及一种基于放线张力差异化的输电线路错频耦合减振控制方法。
技术介绍
架空输电线路属于大跨柔性结构，当受强风、地震及脱冰等极端环境激励作用时，线路会产生大幅的低频振动，容易引起相间闪络跳闸，甚至造成断线倒塔等严重事故。传统的阻尼减振装置只能安装在输电塔附近，对整个线路来说，并不能起到有效的减振控制作用；谐振减振装置的适用频带又窄，对于在宽频环境激励作用下的输电线路而言，其减振效果具有很大的局限性。本专利技术申请人前期的专利技术专利“多振子耦合输电线路减振系统”(ZL201710260918.3)提出：频率错配、耦合强度、时间延迟是实现振幅死亡的三个关键因素，通过调整这三个参数，可以使整个输电线系统达到一个最优的状态，从而实现输电线振幅死亡，达到减振控制的目的。在此基础上，如何提供一种简单有效的可以实现频率错配的方法，是我们进一步研究的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能较好地解决大跨柔性结构振动控制问题的输电线路错频耦合减振控制方法，即调整三相输电线路的放线张力，张力的差异化引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该输电线路错频耦合减振控制方法，是一种基于设置有间隔棒输电线路的放线张力差异化减振控制方法；所述设置有间隔棒输电线路是，在每相输电线路上设置有若干间隔棒，间隔棒将每相输电线路的四分裂导线间隔分开，在三相输电线路相互之间也设置有相间间隔棒；其特点是：将传统采用的三相输电线路放线张力相同、弧垂相同、走向平行的输电线原始构型，改为采用三相放线张力差异化的输电线减振构型，张力的差异化引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制；输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内，以保障线路安全运营且线型整体协调美观。所述输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内的具体方法是：将空间位置最高的一相输电线路的放线张力上调3％～5％，其余两相输电线路的放线张力统一下调3％～5％；或者，将空间位置最高的一相输电线路的放线张力保持不变，其余两相输电线路的放线张力统一下调6％～10％。进一步，空间位置最高的一相输电线路的放线张力与其余两相输电线路的放线张力的差异化控制到10％。这样，整个系统的错频耦合减振效果非常明显，甚至达到接近振幅死亡的最优控制状态。具体的，输电线路的放线张力与输电线路的弧垂之间的关系如式(1)所示：式(1)中，T为输电线路的放线张力，m为单相输电线路单位长度的等效质量，L为输电线路的档距，h为输电线路的弧垂；由公式(1)可计算单相输电线路弧垂调整后，其放线张力的变化值。具体的，输电线路面外、面内的振动频率与其放线张力的关系如式(2)、式(3)所示：式(2)、式(3)中，T为输电线路的放线张力，m为单相输电线路单位长度的等效质量，L为输电线路的档距，Fn为输电线路n阶面外振动频率，fn为输电线路n阶面内反对称振动频率；由式(2)、式(3)可计算输电线路的放线张力的变化值所引起的输电线路振动频率的变化值。本专利技术减振方法打破常规的设计思路，即通常的架空输电线路设计过程中，三相线路的放线张力取相同的值，施工后三相线路的构型相同、走向平行的方式，利用三相放线张力的小量差异化而实现整个系统的错频耦合减振。试验研究表明，采用本专利技术的减振方法，当三相线路放线张力的差异化达到10％时，整个系统的错频耦合减振效果非常明显，甚至达到接近振幅死亡的最优控制状态。附图说明图1为设置有间隔棒的三相四分裂输电线路的结构示意图。图2为图1中带有间隔棒的四分裂导线部分的放大图。图3为图1所示三相四分裂输电线路的三相输电线多振子耦合动力学系统示意图。图4为图1所示三相四分裂输电线路应用本专利技术方法的原理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述。参见图1，为设置有间隔棒6的三相四分裂输电线路的结构示意图，图1中，2、3、4分别表示第一、第二、第三相四分裂导线输电线路，7、8、9分别表示第一、第二、第三相四分裂导线输电线路之间设置的相间间隔棒，L为输电线路的档距，L1、L2、L3分别表示相间间隔棒7、8、9在沿线方向布置的间距。为不失一般性，本专利技术实施例以图1所示三相四分裂输电线路为例来说明，带有间隔棒6的四分裂导线部分5的放大图如图2所示，图2中，1表示某一相的四分裂导线。将间隔棒6看作一个质量块，当间隔棒6发生位移时，输电线产生非线性弹性恢复力，因此，单个间隔棒与所连接的输电线可以简化为一个非线性弹簧振子。每相输电线路上有多个间隔棒振子，三相输电线通过相间间隔棒7、8、9构成一个大的多振子耦合动力学系统，如图3所示。参见图4，应用本专利技术输电线路错频耦合减振控制方法的具体过程及原理说明如下：从图4中可见，2、3、4三相输电线路的原始构型是：采用三相放线张力相同的常规设计，三相输电线弧垂相同，走向平行。10、11、12三相输电线路为分别对应于2、3、4三相输电线路采用本专利技术方法之后的输电线减振构型：采用三相放线张力差异化的优化设计，张力的差异化会引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制。图4中，13、14、15为三相输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度，从图4中可见，第一相四分裂导线输电线路2的放线张力上调变大，其弧垂变小；第二相四分裂导线输电线路3的放线张力下调变小，其弧垂变大；第三相四分裂导线输电线路4的放线张力下调变小，其弧垂变大；适度控制弧垂变化幅度，保障线路安全运营且线型整体协调美观。在通常的架空输电线路设计过程中，三相线路的放线张力一般会取相同的值，因而施工后三相线路的构型相同，走向平行。本专利技术减振方法打破常规的设计思路，利用三相放线张力的小量差异化实现系统的错频耦合减振。试验研究表明，当三相线路放线张力的差异化达到10％时，整个系统的错频耦合减振效果非常明显，甚至达到接近振幅死亡的最优控制状态。输电线面外、面内振动频率与放线张力的关系如下：式(2)、式(3)中，T为输电线路的放线张力，m为单相输电线路单位长度的等效质量，L为输电线路的档距，Fn为输电线路n阶面外振动频率，fn为输电线路n阶面内反对称振动频率。根据式(2)或(3)可知，对于通常的大跨越多分裂输电线系统，当某相输电线的放线张力增大或减小10％时，其各阶振动频率就会升高或降低5％左右，该相输电线上弹簧振子的频率也会随之升高或降低。相与相之间弹簧振子频率的不同，意味着在整个系统振动过程中，各相振子很难出现同步振动，这种不同步会引起相间振子的相互牵扯与制约以及振动能量的分散传递与耗散，从而起到减振控制的目的。弧垂与放线张力之间的关系如下：式(1)中，T为输电线路的放线张力，m为单相输电线路单位长度的等效质量，L为输电线路的档距，h为输电线路的弧垂。根据式(1)可知，对于通常的大跨越多分裂输电线系统，当某相输电线的放线张力增大或减小10％时，其跨中弧垂就会减小或增大10％左右。10％的弧垂变化对输电线的线型不会有明显的影响，能保障三相线路的整体协调和美观。综合考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路错频耦合减振控制方法，是一种基于设置有间隔棒输电线路的放线张力差异化减振控制方法；所述设置有间隔棒输电线路是，在每相输电线路上设置有若干间隔棒，间隔棒将每相输电线路的四分裂导线间隔分开，在三相输电线路相互之间也设置有相间间隔棒；其特征在于：将传统采用的三相输电线路放线张力相同、弧垂相同、走向平行的输电线原始构型，改为采用三相放线张力差异化的输电线减振构型，张力的差异化引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制；输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内，以保障线路安全运营且线型整体协调美观。

【技术特征摘要】
1.一种输电线路错频耦合减振控制方法，是一种基于设置有间隔棒输电线路的放线张力差异化减振控制方法；所述设置有间隔棒输电线路是，在每相输电线路上设置有若干间隔棒，间隔棒将每相输电线路的四分裂导线间隔分开，在三相输电线路相互之间也设置有相间间隔棒；其特征在于：将传统采用的三相输电线路放线张力相同、弧垂相同、走向平行的输电线原始构型，改为采用三相放线张力差异化的输电线减振构型，张力的差异化引起三相弹簧振子的频率差异化，通过相间振子的频率错配和耦合实现整个系统的减振控制；输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内，以保障线路安全运营且线型整体协调美观。2.根据权利要求1所述输电线路错频耦合减振控制方法，其特征在于：所述输电线减振构型相对于原始构型的弧垂变化幅度控制在适度范围内的具体方法是：将空间位置最高的一相输电线路的放线张力上调3％～5％，其余两相输电线路的放线张力统一下调3％～5％；或者，将空间位置最高的一相输电线路的放线张力保持不变，其余两相输电线...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢献忠，王文军，彭剑，梁开元，吴源杰，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43