分裂导线防舞器的设计及其抑舞效果分析_郭俊康.pdf

第4 1卷 第3期 陕西科技大学学报 V o l.4 1N o.3 2 0 2 3年6月 J o u r n a l o fS h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y J u n.2 0 2 3*文章编号:2 0 9 6-3 9 8 X(2 0 2 3)0 3-0 1 5 6-0 9分裂导线防舞器的设计及其抑舞效果分析郭俊康1,文 中1*,方 萌2(1.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 4 4 3 0 0 2;2.湖北能源集团 鄂州发电有限公司,湖北 鄂州 4 3 6 0 0 0)摘 要:为了减小和抑制分裂导线的舞动幅值,防止舞动灾害的发生,提出了一种对称式双质量弹簧减振结构的防舞器.本文阐述了防舞器基本结构和防舞原理,通过对基本参数进行设计,基于A B AQU S软件进行有限元建模,将该防舞器与摆杆-质量-弹簧防舞器和传统双摆防舞器进行模拟对比,分析其抑舞效果,并优化布置方案.结果表明:该防舞器结构简单、易于安装、适用于任意分裂数导线且防舞性能良好;可弥补摆杆-质量-弹簧防舞器对扭转振动抑制的不足;防舞器的防舞效果稳定,对垂直和扭转方向抑舞效果均优于双摆防舞器,虽然风速增大会导致防舞性能降低,但抑舞效果仍能高达7 5%以上;同时对防舞器布置方案进行改进能有效提升防舞效果并节约成本.关键词:分裂导线;舞动;防舞器;A B AQU S;质量弹簧系统;双摆防舞器中图分类号:TM 7 5 文献标志码:AD e s i g no fa na n t i-g a l l o p i n gd e v i c ew i t hb u n d l e dc o n d u c t o ra n da n a l y s i so fg a l l o p i n gs u p p r e s s i o ne f f e c tGUOJ u n-k a n g1,WE NZ h o n g1*,F ANG M e n g2(1.C o l l e g eo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g&N e wE n e r g y,C h i n aT h r e eG o r g e sU n i v e r s i t y,Y i c h a n g4 4 3 0 0 2,C h i-n a;2.E z h o uP o w e rG e n e r a t i o nC o.,L t d.,H u b e iE n e r g yG r o u p,E z h o u4 3 6 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt or e d u c ea n ds u p p r e s st h eg a l l o p i n ga m p l i t u d eo f t h eb u n d l e dc o n d u c t o ra n dp r e v e n t t h eo c c u r r e n c eo fg a l l o p i n gd i s a s t e r s,a na n t i-g a l l o p i n gd e v i c ew i t hs y mm e t r i c a ld u a l-m a s ss p r i n gd a m p i n gs t r u c t u r e i sp r o p o s e d.T h eb a s i cs t r u c t u r ea n da n t i-g a l l o p i n gp r i n-c i p l eo f t h e a n t i-g a l l o p i n gd e v i c e a r e e x p o u n d e d,a n d t h e f i n i t e e l e m e n tm o d e l i n g i s c a r r i e do u tb a s e do nA B AQU Ss o f t w a r eb yd e s i g n i n gt h eb a s i cp a r a m e t e r s,a n dt h ea n t i-g a l l o p i n gd e v i c ei ss i m u l a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h ep e n d u l u m-m a s s-s p r i n ga n t i-g a l l o p i n gd e v i c ea n dt h e t r a-d i t i o n a l d o u b l ep e n d u l u md a m p e r s,a n dt h eg a l l o p i n gs u p p r e s s i o ne f f e c t i sa n a l y z e d,a n dt h ea r r a n g e m e n ts c h e m e i so p t i m i z e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e a n t i-g a l l o p i n gd e v i c e i s s i m p l e i ns t r u c t u r e,e a s y t o i n s t a l l,s u i t a b l e f o r a n yb u n d l e dc o n d u c t o r s a n dh a sg o o da n t i-g a l l o p i n gp e r-f o r m a n c e.I t c a nm a k eu pf o rt h ed e f i c i e n c yo f t h ep e n d u l u m-m a s s-s p r i n gg a l l o p i n gi n h i b i t o ro nt o r s i o n a l v i b r a t i o n;T h ea n t i-g a l l o p i n ge f f e c t o f t h ea n t i-g a l l o p i n gd e v i c e i s s t a b l e,a n d t h eg a l l o p i n gs u p p r e s s i o ne f f e c to nv e r t i c a la n dt o r s i o n a ld i r e c t i o n si sb e t t e rt h a nt h a to ft h e*收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 0基金项目:国家自然科学基金项目(5 1 8 0 7 1 0 9)作者简介:郭俊康(1 9 9 8),男,湖北十堰人,在读硕士研究生,研究方向:输电线路防舞通讯作者:文 中(1 9 6 8),男,湖北枝江人,副教授,研究方向:输电线路试验理论与技术,3 5 6 3 6 5 4 6 0 2q q.c o mDOI:10.19481/ki.issn2096-398x.2023.03.011第3期郭俊康等:分裂导线防舞器的设计及其抑舞效果分析d o u b l ep e n d u l u md a m p e r s,a l t h o u g ht h e i n c r e a s eo fw i n ds p e e dw i l l l e a dt oad e c r e a s e i nt h ea n t i-g a l l o p i n gp e r f o r m a n c e,b u t t h eg a l l o p i n gs u p p r e s s i o ne f f e c t c a ns t i l lb ea sh i g ha s7 5%;A t t h e s a m e t i m e,t h e a r r a n g e m e n t s c h e m eo f t h e a n t i-g a l l o p i n gd e v i c e c a nb e i m p r o v e d t oe f-f e c t i v e l y i m p r o v e t h ea n t i-g a l l o p i n ge f f e c t a n ds a v ec o s t s.K e yw o r d s:b u n d l e dc o n d u c t o r s;g a l l o p;a n t i-g a l l o p i n gd e v i c e s;A B AQU S;m a s ss p r i n gs y s-t e m;d o u b l ep e n d u l u md a m p e r s0 引言舞动是由于风作用在覆冰导线上时,产生的空气动力会诱发导线产生低频(约为0.13H z)、大振幅(约为导线直径的53 0 0倍)的自激振动,长时间大幅度的舞动可能引发跳闸、断线和倒塔等灾害1.2 0 1 8年湖北电网舞动事故造成2 3条线路受损,1 3条线路停运,多达8 9 7项设备受损2.舞动事故多发生于分裂导线,目前研究也表明分裂导线比单导线更易发生舞动3.舞动灾害对国民经济乃至社会层面上造成了不可估量的影响,因此对分裂导线防舞器设计尤为重要.目前我国采用的传统防舞器主要有:基于D e nH a r t o g垂直舞动机理4的扰流防舞器5和压重防舞器6、基于N i g o l扭转舞动机理7的失谐摆8、基于稳定性舞动机理9的整体式偏心重锤1 0和双摆防舞器.前三种防舞器主要适用于单导线,整体式偏心重锤借鉴了日本分散式偏心重锤,而双摆防舞器由我国自主研发,目前应用范围最广,且在分裂导线上应用效果较好,近年来,有不少研究针对双摆防舞器的结构参数1 1-1 3和布置方案1 4,1 5进行优化设计,旨在提升防舞效果.除传统防舞器外,文献1 6 提出了一种间隔棒和耗能装置组合和防舞器,通过滚动流体、电涡流和液力缓速三种原理耗能,但仅对水平舞动有效.文献1 7 基于空气动力学和机械减振原理,设计了一种空气动力阻尼防舞器,并引入阻尼调节结构,适用于不同档距,且经济性较好,但仅对垂直方向防舞有效.分裂导线主要以垂直和扭转舞动为主,单一结构无法兼顾.文献1 8 基于非线性动力学,利用摆杆和质量弹簧减振结构产生失谐摆和动力减振效应来抑制垂直和扭转振动,并进行参数优化,防舞效果十分显著,但对扭转方向抑制作用受到风速限制,且并无保护外壳.若弹簧覆冰或断裂损伤,防舞性能容易失效,因此容错率较低.文献1 9 基于机械振动学原理,减振器结构包含垂直、扭转两个方向,通过质量弹簧结构做功抵消舞动动能,并具有弹簧筒可保护弹簧,该防舞器已获取专利,且实际应用效果较好,但美中不足在于其阻尼包含空气阻尼和摩擦阻尼,阻尼大小不易调控,而且重锤裸露易覆冰,对于防震锤的防护频率设计会造成偏差.在前人的研究基础上,提出了一种对称式双质量弹簧减振结构的防舞器,防舞器类似钟摆结构,具有外壳起保护作用,内有防冻剂阻尼增加耗散,通过基本参数设计和数值模拟,将其与文献1 8 摆杆-质量-弹簧防舞器和传统双摆防舞器进行对比,并分析抑舞效果,优化布置方案.研究结果显示该防舞器具有一定的实际应用价值,可对舞动灾害防治提供一定参考.1 防舞器设计分裂导线防舞器结构如图1所示,各部分名称如表1所示.夹具1分别位于支架的3个方向,用于固定防舞器和间隔棒;螺栓2可根据不同分裂数来调节夹具长度和角度;三角支架3采用铝合金材料,其耐腐蚀性较好;摆动调整挡片6用于调整