[发明专利]架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机仿真平台系统，尤其是涉及架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统。

背景技术

在冬季的时候，导线表面覆冰后会形成非圆形截面，当风以一定的速度吹到这样的导线上时，在一定的条件下，会使导线产生驰振，俗称舞动。这是一种低频(约0.1～3Hz)、大振幅的导线自激振动，舞动峰值可达10多米这导线的这种振动通常会发生导线固体和空气流体的相互耦合，是属于非线性的振动。这种舞动一般幅值大、持续时间长而且伴有摆动，对于输电线路的损害极大，容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、拉倒杆塔、导线折断等严重事故，从而造成重大经济损失。

舞动的形成还受到多方面的因素的影响，如覆冰、风激励和线路的结构和参数，而这些参数都是千变万化的，因此导线舞动的分析是一个非常复杂的实际问题。由于覆冰而引起的导线舞动，20世纪30年代以来，一些学者对导线舞动机理，舞动规律做了大量研究，提出了多种舞动机理学说，根据流体诱发振动的基本理论和国内外研究的现状，基本上公认的有如下三种激发模式：

包括Den Hartog的垂直舞动机理、O.Nigol的扭转舞动机理、P.YU的偏心惯性耦合失稳机理等。

美国的邓哈托于1932年12月在A.I.E.E会议上发表了题为“输电导线覆冰舞动”一文，首次从理论上阐述了导线舞动的发生机理。加拿大的尼戈尔自1972年开始按各种舞动的覆冰模型在风洞中进行静力与动力试验，对邓哈托激发原理进行了系统的试验与研究，得出了一系列空气动力曲线和邓哈托系数曲线，首次对横向激发起舞的过程和临界条件作了较为系统、严密的表述。P.YU的偏心惯性耦合失稳机理认为当雨量和风速都很大时，导线覆冰常覆在背风侧。此时导线的偏心质量位于背风面，即使此时导线横向振动和扭转振动都是稳定的，但由于偏心惯性作用引起攻角变化，从而使相应的升力对横向振动形成正反馈，加剧了横向振动，并逐步聚集能量，最后形成大幅度舞动。

此外，世界上很多其他国家的科学家和工程技术人员也对实际或实验线路进行了大量的观测和归纳，取得了许多有价值的结论。

加拿大A.T.Edwards（爱德华滋）等人于1953年1月至1954年在安大略Burlington（柏林顿）与Dundas（丹达斯）地区和Kenilworth（肯沃斯）地区先后进行了舞动的观测，记录下峰值高达10ft的舞动，并记录下产生舞动的冰风、气象与线路结构参数等有关资料。同时，在Credit（克尼地特）港建成了与实际尺寸相同的共7档的试验线路，并用D型覆冰模型在实验线路上形成人工起振，对系统的静态与动态参数进行了较为全面的试验。

日本在笠取山地区建立了试验线档，进行了长期的调研与观测。在四分裂导线上，进行了天然覆冰与D型人工覆冰的试验研究，观测到垂直振幅为4m，扭振振幅为100o的舞动，并观测到舞动的各种模式以及舞动与风速、张力的关系，记录了振动的频谱、轨迹、次档距振荡等现象与参数。他们在报告中认为，在自然条件下所发生的振动，一定伴有扭转运动，且二者频率相同，并具有一定的相位关系。

在计算机模拟方面，有些国家进行过大量的工作，但真正公开发表的文献不多。加拿大N.Poppolewell教授领导的研究室在建立非线性模型和随机模型方面作了许多前瞻性的工作。

导线舞动是一个强非线性的流固耦合动力学过程，具有复杂性、特殊性和不可复制性，目前虽有诸多研究，但还没有一个直接求解方法，因此计算机仿真是目前唯一可行的研究方法。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可以适应不同地形地貌、不同气象条件、不同风载荷激励、以及不同线路结构等工况条件的架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统，它是一个具有良好适应性的架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统，其特征在于，包括动力学建模子系统：用于输入仿真导线舞动所需的数据参数以及建立系统的力学模型；

流固耦合动力学参数计算机仿真子系统：用于计算导线舞动所需要的空气动力学参数和系数；

导线舞动计算机仿真子系统：根据所建立的模型和仿真求得的空气动力学参数进行非线性瞬态动力学计算，输出仿真结果。

在上述的架空输电导线舞动的计算机仿真平台系统，所述动力学建模子系统包括：工况参数输入模块、输电导线系统常用参数标准数据库模块、输电线路系统的有限元模型模块。