电缆架设预紧工况的建模和分析

作     者：秦钰翔 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：兰朋

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：输电塔线系统 电缆架设预紧 电缆线断裂 滑动副 绝对节点坐标法 结构有限元 

摘      要：输电线路在电力系统中起着至关重要的作用,保证输电线路的正常运作是十分有意义的工作,电缆线的架设问题也是其中之一。目前,国内外对电缆线架设过程的研究较少,施工参数大多数都是由工程经验得出的。传统结构有限元存在处理大变形、大位移运动时低效、不准确以及难以建立准确、复杂的约束等问题,难以对电缆架设问题进行研究。本文将结构有限元和绝对节点坐标法结合,建立了一种新型的输电塔线系统耦合动力学模型,将其应用到电缆架设预紧和预紧时电缆线断裂工况的研究。建立了空间复杂杆系输电塔架的结构有限元动力学方程和基于绝对节点坐标法的电缆线动力学方程;推导了输电塔架和电缆线非线性耦合滑动副、铰接副约束方程及其雅克比矩阵,利用增广拉格朗日乘子法建立了混合模型的输电塔线系统动力学方程。仿真结果表明:本文建立的动力学方程具有较高的精度以及更能准确地描述电缆线的大变形大位移和塔架电缆线间的非线性耦合约束。对张紧机对电缆线的作用原理进行分析,建立了一种基于迭代求解的预紧运动学约束方程,实现了对预紧工况的仿真,得到了不同预紧线速度和预紧角度时所需的最大预紧力;介绍了系统存在多个滑动副时的求解方法,实现了对系统存在多滑动副情况的仿真。对预紧过程中电缆线断裂的两种工况进行了计算,对本文方程计算断裂时保证系统能量守恒的步长进行了探讨,得到了输电塔架和电缆线的响应,可以指导防护用跨越架的设计。利用模态综合法对输电塔架进行自由度缩减,得到缩减后的系统动力学方程。对两塔架两根电缆线同时预紧、断裂的工况进行计算,将缩减后的系统动力学方程的计算效率、结果和不缩减方程对比,结果表明:缩减后系统计算效率能大幅提高,并且能保证一定的精度;得到了可供参考的预紧力和输电塔架响应。