随机风荷载作用下输电导线的风偏动力响应及安全性评估

作     者：黄瞻 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘小会

授予年度：2024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：输电导线 风偏 程序设计 安全性评估 

摘      要：随着我国工业和城市经济的迅速发展,对电力的需求日益增长,保障输电线路正常运行至关重要。分析近期电网故障的原因,发现风偏引起的闪络跳闸事件相对频繁,因此研究输电线路在风偏现象下的闪络风险显得尤为重要。本文基于QT和VTK平台开发了一个输电导线有限元模型程序,可用于快速建立输电导线有限元模型进行风偏响应研究。本文的主要工作如下: (1)为了快速建立多档多分裂输电线的有限元模型,本文基于悬链线理论、间隔棒设计规范等资料提取了导线、间隔棒和绝缘子串等关键部件的参数,基于这些参数编写了输电线初始构型的生成算法。考虑到风在空间方面的不均匀性,在建立初始构型时本文自动建立施加风荷载的单元集合,结合规范将风荷载计算集成到有限元程序中,减少了人工干预提高了计算效率。 (2)通过保持初始构型的导线张力,本文基于C++有限元程序实现了连续档分裂导线的快速找形,仅需2次迭代即可收敛,且最大误差为0.045%。考虑到风偏响应为受迫振动,本文还针对单档导线的受迫振动与ABAQUS结果进行了对比,前期的伴随振动到后期的稳态响应均与ABAQUS一致,验证了模型和算法的可靠性。 最后基于QT和VTK将有限元仿真程序封装到可视化仿真平台中,提升了仿真的易用性和交互性。 (3)基于编写的有限元程序,参考实际线路设计多组工况详细研究了风速、风区个数、档距、地面粗糙度类别、高度和风向等因素对于悬垂绝缘子串风偏的影响,将静风、脉动风作用下的绝缘子串风偏角与经验计算方法结果对比,总结了各因素对线路风偏的规律。 (4)为了使得设计更可靠,本文提出了采用概率统计的方法计算风偏闪络,分别采用威尔逊分布和圆形整体分布建立随机风大小和风向的概率模型,并基于获得的随机风计算绝缘子串风偏角的均值和标准差,使用高斯分布确定输电线路的放电概率,通过实际算例验证了本文提出的方法合理性,结果表明对山区输电线路进行风偏安全性评估时必须考虑风在竖直方向的分量。