随机风 风偏角 绝缘子串

为探究脉动风下悬垂绝缘子串的动态风偏及其特性，弥补对其研究多集中于静力公式计算和有限元分析的不足，并为实际工程设计和线路风偏防治提供理论参考。假定脉动风下导线的响应为小变形并忽略其振型和连续档的影响，通过分析无高差线路中绝缘子串和导线的受力状态，在静力公式基础上引入惯性力，并考虑气动阻尼效应，根据达朗贝尔原理建立悬垂绝缘子串的风偏动力方程，可用4阶龙格库塔法对其求解。通过算例分析发现，该理论模型能够有效计算绝缘子串的风偏时程，且风偏角度围绕其均值浮动的范围会随风速的增大而减小；同时，脉动风对目标绝缘子串风偏角的动力放大系数主要在1.05～1.45之间，该动力放大效应不可忽视并会随着风速的增大而减小。

随着我国经济发展,工业用电和生活用电日益增加,我国电能资源区域分布不均衡是较为严峻的问题,作为电能的主要运输载体输电线路,其规模也正在迅速扩大。因此,跨区域长距离输电不可或缺,输电线路的安全平稳运行更是重中之重。然而因输电塔线本身结构的高柔性,其受动态影响较大,尤其是风荷载。输电线路在风荷载作用下的面外摆动,导致线路与杆塔间隙减小,小于电气允许最小空气间隙所引起的风偏故障时有发生,这将导致输电线路的突然跳闸,且风偏故障产生的跳闸停电自动重合闸概率较低。因此,输电线路所致风偏故障,给电网平稳供电带来了极大挑战,造成较大的经济与国民利益损失。本文以新疆电网乌鲁木齐110千伏宝渝二线风偏故障跳闸为工程背景。针对易发生风偏故障的新疆地区,进行风偏故障案例分析,并分析总结其产生机理。进行输电线路风偏影响因素分析,并采用复合防风偏绝缘子对塔线体系进行风偏治理,分析复合防风偏绝缘子防风偏效果及其影响因素分析。以达到对新疆等易发生风偏故障的大风地区输电线路的风偏防治,进而为减少风偏故障提出相应建议。本文结论如下:(1)通过ABAQUS建立塔线体系模型,采用Matlab模拟数值风速,生成风荷载,进行静、动模拟对比分析。得出在忽略脉动风的影响下,风偏经验计算精度较小,但在脉动风速的作用下,风偏最大角是经验计算方法的1.3倍左右,进而提出风偏动态放大修正系数;档距及绝缘子串长度对风偏影响较小,但当档距较大时,档距对风偏角的影响不可忽略;当风速较小时,绝缘子串长度对风偏角的影响不可忽略;最后风攻角与绝缘子串风偏呈正向关系,得出风攻角风偏修正系数在风攻角为0°～60°间按1～1.6线性插值取值。(2)对风偏故障特性进行分析,提出采用防风偏绝缘子进行风偏控制。防风偏绝缘子由斜撑支柱式绝缘棒与尾部的复合反相位阻尼器构成。反相位阻尼器由SMA螺旋弹簧及MRF磁流变液阻尼器构成。复合防风偏绝缘子在绝缘子底端与横担处斜撑。通过ABAQUS进行了塔线体系应用复合绝缘子后的风偏模拟,分析其抗风偏效果。结果表明,复合防风偏绝缘子防风偏率达95%左右,可以起到良好的抑制风偏效果。(3)进行防风偏绝缘子结构及材料相关参数对防风偏效果影响因素分析。得出磁流变液磁场屈服强度与抗风偏效果成正向关系,当屈服强度超过40k Pa时,随着屈服强度增大其抗风偏效果增加幅度越来越小;形状记忆合金主要起变形恢复作用,其等效刚度对抗风偏影响较小;活塞有效长度与抗风偏效果成正向关系,但当其长度超过40mm时,其长度对抗风偏的影响较小;活塞间隙宽度与抗风偏效果呈负相关,且影响较大,其抗风偏效果减小幅度越来越大。以上参数分析,为防风偏绝缘子结构设计提供相关参数参考。

<正>介绍/亮点Introduction/Highlight悬垂绝缘子串由于风载荷作用而产生偏摆,称为风偏;与初始位置形成的角度称为风偏角。风偏可能导致导线与杆塔之间的绝缘间隙减小,若该间隙小于电气绝缘间隙的容许值,会导致闪络、线路跳闸甚至杆塔和导线烧毁等事故,对电网系统运行造成严重危害。现有输电线路风偏角计算方法主要基于稳定风载荷作用下的实验和数值模拟数据,并未考虑风的随机性带来的影响。本文首先建立了典型输电线路有限元模型,模拟计算在稳定风荷载作用下不同结构参数线路悬垂绝缘子串的风偏角,与现有风偏角计算方法进行比较,并分析了线路结构参数和风场参数对悬垂绝缘子串风偏角的影响规律;利用Kaimal风速谱和Davenport空间相关函数,数值模拟作用于输电线路的随机风场。进而利用有限元法模拟随机风场下不同结构参数线路的风偏响应,获得悬垂绝缘子串下端点的风偏响应时程曲线,通过统计方法获取在一定保证率下的风偏角统计值,并针对导线型号、档距、