一种回转式间隔棒防舞效能评价方法技术

本发明专利技术首先采用数值方法模拟与回转式线夹连接的可扭转子导线沿档覆冰分布；利用流体力学软件分析回转式间隔棒夹持的覆冰分裂导线截面气动特性；在导线舞动模拟中考虑导线沿档覆冰变化所引起的导线气动特性变化，基于ABAQUS有限元软件，数值模拟安装不同配置方案回转式间隔棒的分裂导线的舞动响应；提取导线位移时程、运动轨迹、振动幅值和导线张力等舞动特征，用以评价不同配置方案的防舞效能，从而得到回转式间隔棒最优配置方案。与现有技术相比，本发明专利技术在回转式间隔棒防舞效能评价过程中考虑了导线沿档覆冰变化及引起的导线气动特性变化。

【技术实现步骤摘要】
一种回转式间隔棒防舞效能评价方法
本专利技术属于输电
，更具体地，涉及一种回转式间隔棒防舞效能评价方法。
技术介绍
回转式间隔棒已被应用于分裂导线的舞动防治中，但由于应用时间短，其防舞效能和配置方案尚缺乏研究，还未形成有效的防舞效能评价机制。回转式间隔棒的防舞机理就是直接从舞动形成的必要条件，即降低导线不均匀覆冰程度出发。回转式间隔棒将部分线夹设计成可自由或在一定角度范围内回转。一般情况是在N个线夹中，有N/2个线夹能自由回转。例如，对于八分裂的间隔棒，有4个线夹能自由回转。其中，将不能自由回转的线夹称作为固定式线夹(FixedClamp)，将能自由回转的线夹称作回转式线夹(Rotation-freeClamp)，两者间的排列关系一般为单边排列或者间隔排列。回转式线夹仅释放了子导线绕其轴线的扭转自由度，使子导线成为可以回转的“单导线”，在导线覆冰时能在覆冰的偏心载荷下能不断发生扭转，从而改变导线的迎风面，这样不断覆冰、不断扭转的结果，使得导线形成较为均匀的覆冰，形状趋于圆形，降低覆冰不均匀度，从而有效削弱了作用在导线上的空气动力载荷，使整个分裂导线不易发生舞动。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种回转式间隔棒防舞效能评价方法。本专利技术采用如下的技术方案。一种回转式间隔棒防舞效能评价方法，包括以下步骤：步骤1，采用数值方法模拟无扭转约束子导线上覆冰形状沿档的变化，得到导线沿档覆冰截面；步骤2，导线气动特性分析，模拟得到不同导线覆冰截面的气动参数随风攻角的变化曲线；步骤3，建立安装阻尼间隔棒和不同回转式间隔棒配置方案的覆冰分裂导线有限元模型，模拟覆冰分裂导线在风荷载作用下的动力响应过程；步骤4，提取安装阻尼间隔棒或者回转式间隔棒的分类导线的舞动特征，通过舞动特征对比，评价分析不同配置方案回转式间隔棒的防舞效能，得到最优回转式间隔棒配置方案。优选地，步骤1具体包括：步骤1.1，设置参数，包括：导线直径d，导线扭转刚度k，档距L，导线沿档覆冰模拟点x，覆冰划分层数pb，凝冰角β0，导线截面环向划分份数；并极半径坐标r(θ)存储每个方向的覆冰极半径；步骤1.2，以如下公式计算第i层覆冰的扭矩Mi及其所引起的扭转角θi，式中：i＝1,2,…,pb，i＝1即导线上形成的第一层覆冰；ρice表示覆冰密度；g表示重力加速度；ri-1(·)表示上一层覆冰叠加后所得到的导线覆冰极半径；步骤1.3，更新每层覆冰生长后的极半径，以如下公式表示第i层覆冰导致导线表面覆冰极半径的增量Δri(θ)，Δri(θ)＝Ri(β0)-Ri-1(β0)式中：Ri(β0)表示第i层覆冰对应的椭圆极半径；Ri-1(β0)表示第i-1层覆冰对应的椭圆极半径；以如下公式表示第i层覆冰覆盖到导线上后的覆冰极半径分布r′i(θ)，r′i(θ)＝Δri(θ)+ri-1(θ)步骤1.4，更新每层覆冰扭转后的导线覆冰极半径，以如下公式表示，ri(θ)＝r′i(θ-θi)步骤1.5，计算覆冰质心，判断覆冰导线截面平衡情况，若不平衡则修正其位置；步骤1.6，重复步骤1.1至步骤1.5，模拟导线截面动态覆冰过程，最后得到导线沿档覆冰模拟点x扭转后的覆冰形状；步骤1.7，改变导线沿档覆冰模拟点x，重复以上步骤得到导线沿档方向的覆冰形状分布。优选地，步骤2具体包括：步骤2.1，建立回转式间隔棒夹持的分裂导线典型截面计算模型；步骤2.2，设置来流方向和边界条件，即，依照风攻角α的取值，设置对应边界为入口、出口；步骤2.3，模拟得到不同覆冰截面导线的气动参数随风攻角的变化曲线。优选地，步骤2.1中，包括设置分裂导线相邻子导线之间的间距，计算区域大小，风攻角α的变化范围，每隔设定的角度作为一个工况进行计算，对于不同风攻角工况，保持模型及网格不变，只改变来流方向和边界条件。优选地，步骤2.2中，以如下方式设置边界条件，当α＝0°时，左边界为入口，右边界为出口，上下边界为对称边界；当0°<α<90°时，左边界和下边界为入口，右边界和上边界为出口；当α＝90°时，下边界为入口，上边界为出口，左右边界为对称边界；当90°<α<180°时，右边界和下边界为入口，左边界和上边界为出口。当α＝180°时，右边界为入口，左边界为出口，上下边界为对称边界；当180°<α<270°时，右边界和上边界为入口，左边界和下边界为出口；当α＝270°时，上边界为入口，下边界为出口，左右边界为对称边界；当270°<α<360°时，左边界和上边界为入口，右边界和下边界为出口。优选地，步骤2.3中，计算采用有限体积法，求解器采用压力-速度耦合的标准SIMPLE算法，湍流模型采用Spalart-Allmaras模型，求解方式为二阶隐式，压力项采用Standard格式，动量项采用QUICK格式，修正湍流粘度项为Third-OrderMUSCL，并设置设定的时间增量步长。优选地，步骤3中，以如下公式表示覆冰导线所受的气动力，式中：FL表示升力；FD表示阻力；M表示扭矩；ρair表示空气密度；Uz表示风速；d表示裸导线的直径；CL(α)表示升力系数；CD(α)表示阻力系数；CM(α)表示扭矩系数。优选地，步骤3中，对于阻尼间隔棒夹持的分裂导线，采用一个覆冰分裂导线典型截面模拟所得的分裂导线覆冰截面气动系数计算沿档子导线上各单元的气动载荷，实现舞动模拟；对于不同回转式间隔棒配置方案夹持的分裂导线，基于沿档覆冰特征选择典型截面计算气动系数，进而在分裂导线上分段施加气动载荷，实现防舞模拟。优选地，步骤4中包括四类舞动特征，第一类典型点位移时程；第二类为典型点运动轨迹；第三类为导线振动幅值；第四类为导线张力。优选地，所述分裂导线为二分裂、四分裂、六分裂或八分裂。本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术在回转式间隔棒防舞效能评价过程中考虑了导线沿档覆冰变化及引起的导线气动特性变化。具体地，1)调研以往的回转式间隔棒研究工作发现，尚没有研究者在舞动试验或者模拟中考虑释放导线扭转自由度后所引起的导线沿档覆冰形状分布变化及其气动特性变化，并在此基础上评价回转式间隔棒的效能。覆冰不均匀程度降低与导线气动载荷削弱是回转式间隔棒的根本性的防舞机理，不容忽视。2)本专利技术模拟了导线覆冰沿档分布，结果发现回转式线夹释放导线的扭转自由度，有利于降低导线沿档覆冰不均匀程度不断降低，同时改变了覆冰质心角度，导线两端为覆冰不均匀度较高的新月形覆冰，导线中部为覆冰不均匀度较低的圆环状覆冰，从导线端点向导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回转式间隔棒防舞效能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，采用数值方法模拟无扭转约束子导线上覆冰形状沿档的变化，得到导线沿档覆冰截面；/n步骤2，导线气动特性分析，模拟得到不同导线覆冰截面的气动参数随风攻角的变化曲线；/n步骤3，建立安装阻尼间隔棒和不同回转式间隔棒配置方案的覆冰分裂导线有限元模型，模拟覆冰分裂导线在风荷载作用下的动力响应过程；/n步骤4，提取安装阻尼间隔棒或者回转式间隔棒的分类导线的舞动特征，通过舞动特征对比，评价分析不同配置方案回转式间隔棒的防舞效能，得到最优回转式间隔棒配置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种回转式间隔棒防舞效能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用数值方法模拟无扭转约束子导线上覆冰形状沿档的变化，得到导线沿档覆冰截面；
步骤2，导线气动特性分析，模拟得到不同导线覆冰截面的气动参数随风攻角的变化曲线；
步骤3，建立安装阻尼间隔棒和不同回转式间隔棒配置方案的覆冰分裂导线有限元模型，模拟覆冰分裂导线在风荷载作用下的动力响应过程；
步骤4，提取安装阻尼间隔棒或者回转式间隔棒的分类导线的舞动特征，通过舞动特征对比，评价分析不同配置方案回转式间隔棒的防舞效能，得到最优回转式间隔棒配置方案。


2.根据权利要求1或2所述的回转式间隔棒防舞效能评价方法，其特征在于：
步骤1具体包括：
步骤1.1，设置参数，包括：导线直径d，导线扭转刚度k，档距L，导线沿档覆冰模拟点x，覆冰划分层数pb，凝冰角β0，导线截面环向划分份数；并极半径坐标r(θ)存储每个方向的覆冰极半径；
步骤1.2，以如下公式计算第i层覆冰的扭矩Mi及其所引起的扭转角θi，






式中：
i＝1，2，…，pb，i＝1即导线上形成的第一层覆冰；
ρice表示覆冰密度；
g表示重力加速度；
ri-1(·)表示上一层覆冰叠加后所得到的导线覆冰极半径；
步骤1.3，更新每层覆冰生长后的极半径，以如下公式表示第i层覆冰导致导线表面覆冰极半径的增量Δri(θ)，
Δri(θ)＝Ri(β0)-Ri-1(β0)
式中：
Ri(β0)表示第i层覆冰对应的椭圆极半径；
Ri-1(β0)表示第i-1层覆冰对应的椭圆极半径；
以如下公式表示第i层覆冰覆盖到导线上后的覆冰极半径分布r′i(θ)，
r′i(θ)＝Δri(θ)+ri-1(θ)
步骤1.4，更新每层覆冰扭转后的导线覆冰极半径，以如下公式表示，
ri(θ)＝r′i(θ-θi)
步骤1.5，计算覆冰质心，判断覆冰导线截面平衡情况，若不平衡则修正其位置；
步骤1.6，重复步骤1.1至步骤1.5，模拟导线截面动态覆冰过程，最后得到导线沿档覆冰模拟点x扭转后的覆冰形状；
步骤1.7，改变导线沿档覆冰模拟点x，重复以上步骤得到导线沿档方向的覆冰形状分布。


3.根据权利要求1或2所述的回转式间隔棒防舞效能评价方法，其特征在于：
步骤2具体包括：
步骤2.1，建立回转式间隔棒夹持的分裂导线典型截面计算模型；
步骤2.2，设置来流方向和边界条件，即，依照风攻角α的取值，设置对应边界为入口、出口；
步骤2.3，模拟得到不同覆冰截面导线的气动参数随风攻角的变化曲线。


4.根据权利要求3所述的回转式间隔棒防舞效能评价方法，其特征在于：
步骤2.1中，包括设...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍川，杨晓辉，严波，刘光辉，叶中飞，牟哲岳，宋高丽，陶亚光，炊晓毅，李清，吕中宾，刘泽辉，张博，谢凯，魏建林，马伦，高超，张世尧，张宇鹏，王天，李梦丽，陈钊，任鹏亮，白银浩，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，重庆大学，国网河南省电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41