500 kV输电塔线覆冰有限元计算

输电塔线体系中铁塔的纵向不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一。为有效计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力,应用梁单元和索单元建立了输电铁塔和导线整体单元模型。对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算后得到了铁塔的不平衡张力,分析了铁塔的最大压应力随覆冰厚度的变化,指出了档距差和高差角过大是产生不平衡张力的主要原因,而不平衡张力致使铁塔失稳。复沙Ⅰ线500 kV输电线路的实例计算表明该方法非常有效。     

750 kV架空输电线路覆冰跳闸原因及仿真分析

总结并分析了新疆地区几回750 kV输电线路覆冰跳闸原因和整改措施。结合事故调研,利用ANSYS软件对均匀覆冰、三段覆冰、线性覆冰和高悬挂端覆冰工况进行了有限元分析,结果表明,线路覆冰跳闸主要由地线非均匀覆冰导致导、地线局部静态距离不足而引起;比较非均匀覆冰中的三段覆冰、线性覆冰与高悬挂端覆冰,高悬挂端覆冰对弧垂最低点偏移的影响最大,且随覆冰长度的增加,导、地线静态接近距离存在极小值。通过工程实例计算发现,地线高悬挂端覆冰下导地线最小接近距离小于规程规范限定的最小静态距离,并能导致放电跳闸,工程设计中应重视此种情况下的间距校验。     

高压架空输电线路覆冰情况下风险评估研究

对覆冰情况下的高压输电线路进行了风险评估研究,建立了有限元计算模型。该模型考虑材料非线性以及塔-线系统耦合特性,分析了不同覆冰厚度和风速情况下塔-线系统的失效情况。采用基于迭代修正的找形方法,准确地对导线弧垂进行了初始化设置,得到了导地线的初始形状和应力。提出杆塔受力安全裕度风险评估方法,采用回归分析方法得到杆塔的安全裕度曲线,该曲线直观地描述了杆塔力学失效度与覆冰厚度及风速的关系。计算得到某实际线路单塔失效安全裕度曲线,获取各基杆塔薄弱点位置,提出了杆塔的具体改进措施。通过安全裕度曲线对比证明所提出改进措施的正确性和有效性。     

超高压输电线路覆冰倒塔机理分析

针对2008年初在华东地区冰灾中发生的覆冰倒塔情况,以线路设计规范为依据,根据电线力学理论,从外荷载的角度分析了输电线路覆冰倒塔机理。分析结果表明,在线路严重覆冰的情况下,前后侧垂直档距相差较大的直线塔两侧导线会产生较大的不平衡张力,该因素是导致直线塔垮塌的主要因素之一。建议在今后的线路设计中考虑该因素的影响,提高前后垂直档距相差较大时的直线塔的安全系数。     

覆冰情况下输电线路有限元计算及其结构优化

建立了塔-线耦合结构系统三维有限元力学计算模型。通过对覆冰输电线路耐张段位移及应力分布情况进行分析计算,提出了线路耐张段在一定风速与覆冰厚度条件下的临界失效曲线。经过多次计算并验证薄弱杆塔以及薄弱单元分布情况,得到了薄弱位置的分布特点和规律。以发生覆冰倒塔事故的实际线路为研究对象,并以力学分析计算结果为依据,提出了有针对性地更换杆塔最薄弱处钢材以及在耐张段内薄弱处增加一基杆塔的线路改进方案。通过结构优化前后线路耐张段薄弱单元应力比值以及临界失效曲线的对比分析,证明了所提出改进方案的正确性和有效性。     

电网冰灾典型线路段覆冰倒塔分析

在2008年初电网冰灾倒塔调研的基础上,建立了典型覆冰倒塔线路段铁塔、导线和绝缘子的三维模型,考虑档距、高差以及覆冰厚度引起的纵向不平衡张力对铁塔受力的影响,对线路段在均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的导、地线张力及纵向不平衡张力进行计算,分析确定了线路覆冰倒塔的破坏模式,揭示了线路覆冰倒塔的主要原因。分析计算结果与现场实际破坏情况相吻合,表明导线覆冰过载以及覆冰产生的纵向不平衡张力是线路覆冰倒塔的主要原因。     

输电线路档距组合对覆冰导线动态特性的影响分析

为更深入地研究输电线路塔线系统动态特性,完善各项参数对覆冰导线及杆塔的影响规律,采用模拟实际线路的3自由度多档距组合动态程序进行典型线路的仿真模拟计算。通过控制变量法,得出了档距组合对于塔线系统不平衡张力的影响规律,并探讨了现有的相间间隔棒的安装策略对于杆塔及相邻档导线的影响。仿真结果表明,发生风偏时,线路的不平衡张力随档距的增大而不断加大,且增大的幅度也不断上升;发生脱冰跳跃时,不平衡张力随档距的增大而增大,且脱冰档档距与非脱冰档档距对不平衡张力的影响不同;发生导线舞动时,杆塔两侧的不平衡张力随档距的增大而增大,但舞动档档距和未舞动档档距对不平衡张力的影响波形不同。同时发现,采取现有的相间间隔棒安装策略,相间间隔棒的安装对于相邻档的影响不大,能够有效减低导线舞动幅值,而且不会增加塔线系统的力学负担。     

输电线路覆冰失效分析

在输电塔线体系的设计过程中,导线和铁塔结构是分开进行设计的.由于对铁塔的纵向不平衡张力缺乏有效的计算方法,通常是根据规程取导线最大使用张力的比例进行校核.然而,不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一,精确计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力有着重要的意义.文中应用梁单元和索单元对输电铁塔和导线建立整体单元模型,对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算,分析了均匀覆冰荷载下铁塔的极限承载力,对在实测不均匀覆冰荷载下的倒塔失效原因进行了分析,指出了输电线路中的薄弱点,对铁塔提出了提高冰厚等级改造的建议.     

考虑架空输电线路状态的线路覆冰监测系统的研究

近年来,我国输电线路冰灾情况日益严重,能够准确监测线路覆冰情况,进而采取防冰、除冰的措施显得至关重要。目前国内已经有了些架空线路的覆冰力学模型,但各个模型对于现场线路覆冰的监测还有一定的误差。分析了现有的覆冰力学计算模型,提炼了力学模型的关键计算量,提出基于直线塔受力分析的覆冰计算模型。该模型利用架空线路状态方程计算导线温度和外力变化,导线长度、水平应力和垂直荷载的变化,从而求解出导线覆冰的重量和覆冰的等值厚度。该覆冰模型已经应用在覆冰在线监测系统里面,涵盖覆冰模块的建模以及监测系统的监视和告警功能的展示     

超／特高压交流同塔多回输电线路覆冰不平衡张力分析

根据超／特高压交流同塔多回输电线路的导地线型号及绝缘子串参数建立线-串有限元模型,分析了不均匀覆冰随耐张段档数的变化规律,不同挂点高差模式对不均匀覆冰不平衡张力的影响,给出了不均匀覆冰不平张力的分析计算方法。对超／特高压交流同塔多回输电线路导地线挂点不均匀覆冰不平衡张力随覆冰率的变化规律进行分析,给出了定量的计算结果。在此基础上,建立塔-线-串耦合的三维有限元模型,考虑铁塔变形对不均匀覆冰不平衡张力的分析,将计算结果与线-串有限元计算结果进行对比分析。根据有限元分析给出超／特高压交流同塔多回直线塔,导、地线不均匀覆冰不平衡张力百分比取值,一般情况下导线取为10％、地线取为20％,如果从经济性考虑,对同塔不同电压等级可以取不同的不平衡张力百分比,1000kV导线取7％,500kV导线取10％,地线取20％。     

500 kV酒杯塔覆冰破坏形态分析

2008年初电网冰灾破坏原因统计分析表明,500 kV输电线路铁塔受损严重,其中酒杯塔倒塔基数占倒塔总数的36.2%。为了弄清酒杯塔在覆冰荷载作用下的破坏形态,选取湖南冰灾区500 kV线路中的酒杯塔进行均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的主要受力杆件的敏感度及整塔的破坏形态分析,从而确定酒杯塔覆冰荷载作用下的受力薄弱点。研究结果为我国冰灾区酒杯塔设计和加固补强提供参考依据。     

输电线路档距组合对覆冰导线脱冰跳跃的影响

为明确输电线路塔线体系脱冰跳跃张力和幅值特性,揭示各项参数对脱冰不平衡张力和冰跳幅值的影响规律,利用ANSYS建立导线-绝缘子耦合有限元模型,针对档距组合下脱冰档位置和档距的变化,通过控制变量法,得到了档距组合对于塔线体系动态位移和不平衡张力的变化规律.结果表明:随着脱冰档档距的不断增加,其导线悬挂点处的纵向不平衡张力近似呈线性增加;随着非脱冰档档距的增加,中间档脱冰时,其导线悬挂点处的最大不平衡张力增幅不大;不论脱冰档还是非脱冰档变化,当档距较小时,其导线脱冰跳跃高度随档距的增加而增加,当档距增加到一定程度,其导线脱冰跳跃高度的变化趋于饱和.因此,线路档距组合对覆冰导线脱冰跳跃的影响显著.     

覆冰架空输电线路空间曲线计算

输电线路系统由于地理位置、气象条件等不同会遇到一系列的静力和动力学问题,而确定架空输电线路空间曲线是研究覆冰架空输电线路力学问题的前提。针对原有的悬链法和抛物线法所存在的问题,提出了一种新的确定架空输电线路空间曲线的统一计算方法。以实际架空输电线路为例,应用原有方法和该方法对不同覆冰工况和不同高差角时的空间形态进行了计算。结果表明,所提出的计算方法精度更高,符合工程实际要求。     

输电线路导线不均匀覆冰时不平衡张力的影响因素分析

输电线路导线不均匀覆冰会使导线产生不平衡张力,进而造成铁塔倒塌、塔头破坏、导线损坏等事故。本文以湖北超高压公司宜昌超高压局所辖的三峡右2—蔡家冲Ⅰ回500 kV输电线路作为研究对象,分别从不均匀覆冰杆塔档数、档距、相邻档的高差及悬垂绝缘子串长度等方面分析计算各因素对1个耐张段内一相导线所受不平衡张力的影响。结果表明,导线不均匀覆冰导致其所受的不平衡张力随档距的增加而增大,而随悬垂绝缘子串长度及相邻杆塔高差的增加而略有减小,不均匀覆冰档的档数对不平衡张力的影响具有随机性。根据结论,对中(重)冰区架空线路设计提出建议。     

有限元法在高压输电线路线夹能量损耗计算中的应用

提高电能输送效率、减小线路损耗是节约能源的重大举措,也是高压输电线路的线路金具需要解决的重要课题。为对线夹的能量损耗进行量化分析,同时考虑到解析法求解复杂模型涡流损耗的局限性,采用有限元法对铸铁线夹进行建模并分析其涡流损耗,计算结果与试验所得数据相吻合,验证了该方法的有效性。使用此方法对预绞式悬垂线夹和铸铁线夹的涡流损耗分别进行计算,计算结果表明:预绞式悬垂线夹的涡流损耗较铸铁线夹大为降低,使用预绞式悬垂线夹更加节能,投资回收期较短。     

永磁电机电磁场有限元性能分析系统

介绍了基于有限元法和面向对象技术的永磁电机性能分析系统。该系统在应用有限元法精确计算电机内部电磁场分布的基础上，对永磁直流电机、永磁同步电机和无刷直流电机的运行性能进行了分析，解决了永磁电机电磁场计算中的一些关键问题。该系统面向用户，具有工程实用性，为永磁电机的分析和设计提供了一个有效的分析工具。     

非重叠Mortar有限元法在电磁分析中的应用

Mortar元法（mortarelement method,MEM）是一种新型区域分解算法,它允许将求解区域分解为多个子域,在各个区域以最适合子域特征的方式离散。在各个区域的交界面上,边界节点不要求逐点匹配,而是通过建立加权积分形式的Mortar条件使得交界面上的传递条件在分布意义上满足。Mortar有限元法（mortar finite element method,MFEM）将MEM和有限元法（finite element method,FEM）相结合,在各区域中分别使用FEM网格离散,区域的交界面上通过施加Mortar条件实现区域间的自由度连续。该文阐述了非重叠Mortar有限单元法（non-overlappingMFEM,NO-MVEM）的基本原理,介绍了NO-MFEM的程序实现过程,使用NO-MFEM对2维静磁场问题和3维静电场问题进行了计算,并与FEM模型结果进行对比,验证了该文方法咐有效性。将NO-MFEM应用于电磁分析,丰富了电磁场数值计算理论,为运动涡流问题和大规模问题的分析提供了新的选择。     

时域有限元法求解传输线瞬态波过程

讨论了求解多导体传输线(multi-conductor transmission line,MTL)的时域有限元法(time domain finite element method,TDFE),并给出了计算动态集中元件的时域处理方法。通过与传统的数值计算方法时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)和国际上通用的电磁暂态计算程序EMTP的计算结果进行比较,验证了TDFE法的正确性。该方法克服了FDTD不能直接计算带有集中参数网络的传输线这一不足,而且在相同条件下,可以有效地抑制由于在FDTD方法中使用中心差分所造成的吉布斯效应。相对于EMTP只能求解所设定传输线两端的响应这一缺憾,该方法的优势在于能够得到沿线所有离散点的电压电流分布。最后,将TDFE应用于500 kV变电站开关操作时,由于电容式电压互感器的影响而在二次电缆上产生的电磁干扰的数值预测。     

500 kV复合绝缘子横向覆冰现象有限元分析

雨凇覆冰严重影响输电线路的安全,绝缘子上的冰棱会导致其电场与电位分布的恶化。为探究绝缘子覆冰横向增长现象对绝缘子沿面电场电位的影响,利用ANSYS仿真软件,建立500 kV复合绝缘子覆冰有限元模型。根据输电线路现场与实验室中绝缘子覆冰出现的冰棱横向增长现象,在仿真模型中改变冰棱长度、角度、位置以及横向竖直冰棱同时出现等情况,对比分析不同工况下各覆冰形态对复合绝缘子电场电位分布的影响。仿真分析表明：雨凇条件下,覆冰横向增长冰棱长度、位置的改变对复合绝缘子沿面电位电场分布的影响较小;随着冰棱铅垂角度减小,复合绝缘子沿面电场电位分布畸变增大,竖直覆冰对复合绝缘子沿面电场电位分布起主要影响。