冰四分裂导线舞动的非线性特性研究
覆冰四分裂导线舞动的非线性特性研究
Investigation on Nonlinear Characteristics of Iced Quad Bundle Conductors Galloping
学科专业：一般力学与力学基础
研究生：蔡君艳
指导教师：刘习军教授
天津大学机械工程学院
二零一二年十二月
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文作者签名：导师签名：
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摘要
覆冰输电导线在一定的风激励下，会诱发一种低频、大振幅的舞动现象，该舞动会造成导线的疲劳破坏，引起各子导线间的闪络，同时还会破坏线路的绝缘子、金具、杆塔部件等，产生了严重的经济损失和安全威胁。由此，对覆冰导线舞动的研究具有重要的理论和现实意义。本文以覆冰四分裂导线为研究对象，其研究内容包括以下几个方面：
(1) 考虑了间隔棒刚度和阻尼的影响，将覆冰四分裂导线简化为单导线进行分析，运用哈密顿原理，建立了覆冰四分裂导线在垂直、水平和扭转三个自由度方向的连续体模型，推导出了覆冰导线和间隔棒运动的动力学方程，并运用三次多项式拟合出了分裂导线扭转刚度的数学表达式。
(2) 对系统的动力学方程进行了数值分析，得到了导线和间隔棒的位移时程曲线及振动幅频曲线等。然后分析了来流密度、阻尼比、线路档距等参数对导线舞动和临界风速的影响，并得到了间隔棒的弹性特性对导线舞动的影响关系曲线。结果表明，在一定的条件下，通过适当的增大导线的阻尼比，合理的增加导线单位长度质量，适度的减小输电线档距，合理的配置间隔棒的弹簧刚度和阻尼，尽可能避免风口、迎风坡等区域，可使导线的舞动情况减弱。
(3) 将由数值分析得到的导线扭转振动响应用三次多项式等函数进行拟合，然后代入到垂直方向和水平方向的振动方程，从而使得到的强非线性系统转化为弱非线性系统，然后运用平均法分析了固有频率关系分别为非内共振、3:1内共振和1:1内共振时系统的振动情况，得到了风速、横向阻尼比、来流密度、线路档距等相关参数对导线舞动的影响及在不同参数影响情况下导线舞动的响应曲线，且系统的近似解析解与数值解基本吻合。
(4) 运用奇异性理论分析了系统的分岔方程，得到了相应的转迁集及分岔图，并将系统的开折参数平面变换到物理参数平面上来，得到了系统相应的物理参数平面图，可以看出系统的平衡状态发生了稳定性改变，且出现了方程解的轨道分支，由此可以更深入地识别此非线性系统参数的力学性质。
关键词：分裂导线，舞动，间隔棒，平均法，奇异性理论
ABSTRACT
Galloping of iced transmission conductors is a self-excited vibration with low frequency and large amplitude under the action of wind load, which can result in the failure of conductors, flashover between sub conductors and even also the destroy of the insulators, hardware and components of tower and so on, all of these can brings a great challenge to the national economy and security. Thus, the investigation on iced conductor galloping has a very important significance in theory and practice. This paper focus on the iced quad bundle conductors, and the main work includes the following several parts:
(1) The iced quad bundle conductors are simplified as a single conductor, in which the effect of spacers stiffness and damping is considered. Then a continuum dynamics model for iced quad bundle conductors of three degrees of freedom in vertical, horizontal and torsional directions is established by means of the Hamilton principle, and the final dynamic equations of conductors and spacers are derived. Simultaneously, the torsional stiffness of bundle conductors is fitted to a cubic polynomial function.
(2) The numerical analysis for dynamic equations of system is achieved and the displacement and time curves and amplitude-frequency curves are also obtained and so on. Then the influence of related parameters about fluid density, damping ratio, line span on galloping amplitude and critical wind velocity is analyzed. The relation curve between elastic properties of spacers and conductor galloping is obtained. The results indicate that the conductor galloping can be weakened to some degree with the proper enlargement of horizontal damping ratio, the reasonable increase of the mass per unit length of conductor, the proper decrease of the length of transmission span, the reasonable setting of spring stiffness and damping on spacers and the avoidance of areas such as the wind outlet and windward as much as possible when choosing the line path and so on.
(3) In order to avoid the complexity of strongly nonlinear analysis, the conductor torsional vibration response is fitted to a cubic polynomial function. After substituting it into the vibration equations of vertical and horizontal directions, the strongly nonlinear system can be translated into the weakly nonlinear system. Then by using
the average method, the vibration of system is analyzed corresponding to the non-internal resonance, 3:1 internal resonance and 1:1 internal resonance respectively. Finally, the influence of related parameters such as wind velocity, horizontal damping ratio, fluid density, line span on conductor galloping and the response curves of conductor galloping to the variation of different parameters are obtained. The results show that the approximate analytical solution of system is basically consistent with the numerical solution.
(4) The bifurcation equation is analyzed by using the singularity theory and the corresponding transition sets and bifurcation diagrams of system are obtained. Then switching the unfolding parameter plan of system to the physical parameter plan, the planar graphs of physical parameter are obtained. It can be seen that the stability of equilibrium state is changed and the bifurcation of orbits of the solution of equation is appeared. Thus, we can identify the mechanical properties of this nonlinear system deeply.
KEY WORDS：Bundle conductor, Galloping, Spacers, Average method,
Singularity theory
目录
第一章绪论 (1)
1.1覆冰导线舞动的研究背景 (1)
1.2覆冰导线舞动的研究现状 (4)
1.3本文主要研究内容 (8)
第二章覆冰四分裂导线三自由度耦合模型的建立 (10)
2.1三自由度模型的建立 (10)
2.2覆冰四分裂导线的扭转刚度 (14)
2.3本章小结 (15)
第三章覆冰四分裂导线舞动的数值分析 (16)
3.1数值计算结果 (16)
3.2算例验证 (19)
3.3相关参数对导线舞动的影响 (19)
3.4相关参数对临界风速的影响 (21)
3.5本章小结 (23)
第四章覆冰四分裂导线舞动的近似解析解分析 (25)
4.1平均法简介 (25)
4.2系统的近似解析解 (27)
4.2.1动力学平衡方程的建立 (29)
4.2.2非内共振情况分析 (29)
4.2.3频率比为3:1时内共振情况分析 (36)
4.2.4频率比为1:1时内共振情况分析 (39)
4.3本章小结 (40)
第五章覆冰四分裂导线舞动的奇异性分析 (42)
5.1奇异性理论简介 (42)
5.2系统的分岔行为 (43)
5.3本章小结 (53)
第六章全文总结 (54)
附录 (56)
附录1 (56)
附录2 (57)
参考文献 (63)
发表论文和参加科研情况说明 (68)
致谢 (69)
第一章绪论
1.1覆冰导线舞动的研究背景
随着电力的广泛应用，电力需求的不断增加，电网技术的发展在国民经济中举足轻重的作用也日益凸显，如何确保电力传输的安全和稳定，已成为国家电网面临的重要问题。
在风激励的作用下，覆冰输电导线会产生三种不同的振动形式：微风振动、次档距振动和舞动。
微风振动[1]是指当导线受到风力的作用时，会在其背风面形成一种漩涡，由于该漩涡的作用，导线上就会形成一个与风向相垂直的周期性的激振力，该力会导致导线的周期性振动，并且是一种高频、小振幅的振动。
由于次档距振动[2,3]指的是分裂导线各个间隔棒之间的振动，所以其构成了分裂导线特有的振动形式。这是由于位于分裂导线中背风一侧的子导线，受到了迎风侧的子导线周围的漩涡气动力尾流的影响，从而导致了分裂导线发生了次档距振动。
舞动是指导线覆冰后，其截面形状变成了非圆截面，在风载荷下，导线会受到顺风向的阻力以及横风向的升力的作用，当升力和阻力在满足某种特殊的条件后，则会发生一种大幅、低频的振动形式。
对于导线的微风振动和次档距振动，专家学者们已经做了大量的研究，取得了较为显著的成果，基本上能满足工程实际的需要。但覆冰导线的舞动机理却比较复杂，人们还未能够深入的了解覆冰导线的舞动情况，关于舞动机理和舞动的有效预防方面还有着较多的争议，因此，本文主要研究覆冰导线的舞动情况。
覆冰导线发生舞动后，持续时间较长，一般可达数小时，期间会引起导线及金具的疲劳破坏，引起各子导线间的闪络，使导线断股断线，大大的缩短导线的寿命，同时还会破坏线路的绝缘子串、金具、杆塔部件等，造成输电线路跳闸和杆塔倾斜或倒塌等严重事故，影响电力的正常传输，并产生严重的安全威胁和经济损失，为人们的生产和生活带来了重大的影响，并导致了巨大的经济损失。因此要想确保架空输电线路安全、可靠、稳定、高效的运行，需要对覆冰分裂导线的舞动进行深入的研究。
覆冰导线的舞动，是在风激励下的一种大幅、低频的振动现象，导线舞动的
频率一般情况下是0.1~3Hz，舞动的幅值大概是导线直径的5~300倍[4]。由于局部气候的多样性及输电线路所处地理条件的复杂性，导线覆冰后在风激励下会引发大幅的舞动。
上个世纪30年代，美国、加拿大、英国、日本等一些国家就有了关于覆冰输电导线舞动的记载。1963年11月，位于美国西海岸的一条345kV的线路由于覆冰舞动，导致绝缘子串由微弱的放电现象快速的变成了全面的闪络现象，以至于该地大面积无法正常的供电[5]。1998年，加拿大发生了覆冰导线的舞动情况，造成了包括735kV在内的30000多基木杆以及1000多个基铁塔发生了倒塌，造成了170多万人被迫中断供电长达一周多的时间，并且因为此次停电事故，导致了120多人被冻死[5]。2006年10月29日，加拿大的东部省份遭到了狂风的猛烈袭击，并伴有暴风雪，风速高达100km/h，致使覆冰导线舞动加剧，电网的正常传输受损严重，大约有8万多人受到了此次电力供应中断的威胁，导致了严重的经济损失和人身安全事故[6]。
我国也是覆冰导线舞动发生较为普遍的多个国家之一，自从湖北中山口的大跨越导线发生了较为强烈的舞动之后，我国才开始进行记录并且研究有关覆冰导线发生舞动的现象。
位于湖北钟祥县的500kV中山口大跨越三分裂输电线，由于雨凇、冻雨天气和较大的西北风影响，于1987年到1994年间，一共发生了5次舞动现象[7,8]，导线舞动时，最大的峰峰值达到了10米，并且历时时间较长，造成了大量的悬垂线夹销钉出现扭损剪断，护线条断股，船托相继脱出，部分子导线也出现了不同程度的碾磨损伤，跨越塔不断发生摇晃，该舞动引起了相关部门高度的重视。
1996年到2003年间，江西的220kV输电线路由于导线的舞动，频繁的发生跳闸和线路受损情况[9,10]，其平均跳闸率远远高于全国线路的平均跳闸率。2010年，长春地区由于发生大面积的雨雪大风天气，引起了导线覆冰舞动，舞动幅值高达3米，舞动的导线有11处，平均档距为170米，造成多条线路跳闸，80%的市区大面积停水停电，给人们的生产和生活带来了严重的不便。
1999年11月24日，辽宁两锦地区的电网发生了大面积的舞动现象[11]，其中囊括了30多条的线路，导致66kV的线路发生了严重的混线和断线现象，并且引发了频繁的跳闸现象，500kV 董王线的部分球头也相继发生了断裂、断线、倒塔等多种现象，输电被迫中断。2004年2月21日到22 日，由于覆冰导线的严重舞动，导致线路发生了跳闸，位于辽宁省的大连、沈阳、盘锦、辽阳、抚顺、鞍山、营口7个城市，都发生了不同程度的断电现象，其中大连市的一个耐张档内出现了连续的6基杆塔倒塌，线路跳闸高达140条次，导致30座66kV的变电所发生停电事故，而沈阳也有多达11条66kV的线路发生频繁跳闸，9座66kV
的变电所出现停电现象，当天桃仙国际机场被迫停电，这是沈阳桃仙国际机场自从开航以来所遭遇的一次最长时间的停电，此次停电事故造成了多次航班被迫取消，同时机场也不得不关闭30个小时[11]，人们的正常生产和生活受到了严重的影响。
由于受到地理位置和地形的影响，内蒙古于2003年11月发生了严重的输电线路舞动的现象[12]，其中，L1相导线的舞动强度最大，舞动振幅达2m以上，并且大部分辅材的螺栓发生松动错位，80多条螺栓被剪断跌落到地面，同时1根斜材也被揉断，塔身处于松弛的振动状态。2006年11月期间，鄂尔多斯地区连续30个小时以上均为雨夹雪天气[12]，500kV的布乌双回线发生舞动现象，导致线路跳闸、绝缘子钢脚断裂、绝缘子自爆、导线断股、金具磨损等事故发生，使得输电线路不能够平稳、可靠的运行。
2007年2月27日到3月4日期间，华北地区遭受到了尤为罕见的冰雪天气，引发了500kV的紧凑型输电导线的海万线I、II回导线发生舞动[13]，线路舞动后分裂导线中的各子导线发生了打扭现象，耐张引流板出现断裂，导线频繁跳闸，导线和地线都有着不同程度的放电烧伤等现象，对整个电网的安全、稳定的运行造成了严重的威胁，同时也造成了巨大的经济损失。
山东省于2010年1月20日以及2月28日，发生了两次大范围的雨雪冰冻天气，500kV的电网在较短的时间内连续发生了两次大面积的输电线路舞动的现象[15]，最终导致了15条线路共发生了62次跳闸，由于导线舞动造成的线路缺陷一共有387条，其中有11条危急的缺陷线路，38条严重的缺陷线路，338条一般缺陷线路，并且该舞动同时伴有输电线路的螺栓松动、脱落，连接的绝缘子、金具、跳线等发生损坏，导线烧伤、断股、断线，间隔棒多处掉抓、损坏，塔材、基础等受到损坏，造成电网运行出现了多次的重大险情，给电网的安全运行带来了极大的威胁，其时间之长、范围之广是十分罕见的。
图1-1所示为覆冰导线舞动所造成的导线断裂现象和倒塔现象。
(a) 导线断裂(b) 倒塔
图1-1 导线舞动带来的危害
在大跨度、高压输电中，大多数采用分裂导线来代替单根导线，虽然采用分裂导线进行传输，线路的输电能力、经济效益和可靠性都有了显著提高，但是覆冰分裂导线由于子导线间的相互影响以及间隔棒和防舞器的影响，使研究的问题更加复杂，并且分裂导线比单导线更容易发生舞动，分裂导线的舞动幅值要大于单导线，由此带来的安全威胁和经济损失更是不容忽视，因此对覆冰分裂导线舞动的研究具有重要的工程实际意义。
1.2覆冰导线舞动的研究现状
由于覆冰导线的舞动现象比较复杂，得到了国内外学者的普遍关注。因此，近年来，国内外学者对覆冰导线的舞动做了许多深入的研究。
一国内研究现状
李欣业、张华彪等[22]运用多尺度法研究了覆冰单导线垂直和扭转二自由度耦合模型的舞动情况，仿真分析了导线的横向阻尼比、来流密度、覆冰厚度、导线的初始张力、导线的单位长度质量等相关参数对舞动幅值和舞动临界风速的影响，并讨论了扭转振动分岔导致的可能复杂行为，得出了周期运动的分岔行为可以导致倍周期运动、概周期运动等多种复杂的运动形式。
严波、李文蕴等[23]运用罚函数方法，考虑了覆冰四分裂导线各子导线上的间隔棒连接点处这一约束条件，并分别考虑了作用于各子导线上的不同的空气动力载荷这一因素，数值模拟了各分裂子导线的舞动情况，讨论了初始风攻角、线路档距等相关参数对覆冰导线舞动的影响情况。胡景、严波等[24]利用Abaqus有限元软件，模拟了导线所受到的升力、阻力和扭矩这些空气动力载荷，并通过具体算例验证了该方法的正确性，最后分析了覆冰导线的初始张力、线路档距和初始风攻角对覆冰导线舞动的影响情况。
王少华、蒋兴良等[25]首先利用Fleunt软件数值仿真了覆冰导线的气动力参数，然后运用Simulink这一仿真模块，侧重分析了覆冰导线舞动引起的导线动态张力的变化，得出了单个半波的舞动对导线的张力的变化范围影响最大，同时舞动半波数的奇偶性也在较大程度上影响了覆冰导线张力的变化。刘操兰，朱宽军，刘彬等[26]也讨论了导线的动态张力变化，首先建立了覆冰导线舞动的动态张力的公式，然后对其进行数值模拟，并与实验结果进行比较，得到了导线动态张力随导线的舞动阶数、幅值、高差角、档距等相关参数变化的曲线，为研究输电塔线体系结构的动力分析提供了理论依据。
刘富豪等[27]针对单自由度的覆冰四分裂导线，运用待定固有频率法分析了其强非线性系统的振动问题，得出了系统参数与开折参数之间的相互关系。刘富豪、张琪昌等[28]还分析了覆冰四分裂导线的两自由度模型，通过运用中心流形定理，研究了系统的高余维分岔和混沌现象，并通过数值模拟得到了系统的相轨道、李雅普诺夫指数和李雅普诺夫维数，对系统混沌的存在提供了强有力的依据。
荣志娟和张陵[29]将输电线与电塔作为一个结构耦合体系，建立了两线三塔的有限元模型，分析了在风载荷作用下单塔、覆冰塔线、无覆冰塔线结构的动力学响应，同时还对比分析了导线的位移、输电塔和钢材中的应力。而曹化锦，李黎等[30]也对输电塔-线的体系结构进行了分析，运用重启动技术研究了覆冰导线竖直、水平和扭转三个方向的舞动情况，并数值仿真了该输电塔-线这一体系在不同的风速工况下的舞动情况，得到了输电塔-线体系的舞动振幅及输电塔的动力响应等。
王昕、楼文娟等[31]制作了D形和新月形两种冰形的覆冰导线的气弹模型，分析了竖向和竖扭耦合的舞动响应曲线，利用Hilbert变换对覆冰导线的竖向和扭转方向的气动阻尼进行了识别，并讨论了初始风攻角、覆冰断面、竖扭频率比、覆冰导线的数量和布置方式等相关参数对导线的气动阻尼的影响情况。王昕、楼文娟等[32]通过风洞实验分析了两种覆冰断面的导线气动力系数，并且利用均匀流、均匀湍流这两种风场讨论了湍流对导线的气动力特性的影响，得出了导线大概发生舞动的攻角范围，并且此实验能准确的反映出大覆冰形导线的气动力特性。楼文娟、王昕等[33]还利用风洞实验分析了覆冰形状为D形和新月形的单根导线及分裂导线的气弹模型，并通过加速度传感器测得了该模型的舞动响应时程曲线，得出了影响覆冰导线舞动稳定性的相关因素。
黄坤和冯奇[34]针对实际工程中覆冰导线发生的大的扭转变形，建立了带有非对称截面的竖直和扭转两自由度的耦合模型，并保留了线性耦合项和立方非线性项，忽略了式中的平方非线性项，利用多尺度法得到了结构发生主共振且系统的垂向载荷和扭矩都为简谐载荷时的幅频响应曲线，最后总结了立方非线性项对系统振动的影响。孙小芹[35,36]分别建立了覆冰导线舞动的单自由度、两自由度与三自由度的模型，对比分析了在相同的参数条件影响情况下这三种模型的垂直振幅、扭转振幅和临界风速的大小，得到了覆冰导线的垂直、水平和扭转三自由的模型最能体现出舞动的特性，并探讨了如何对间隔棒进行最优化设计，来有效的减少覆冰导线次档距的振荡强度问题。
叶文娟和周焕林[37]通过分析覆冰导线的绕流模型的流场，得出了随不同的风速和风攻角变化的空气动力系数，然后运用索单元来模拟覆冰导线，利用Ansys 软件对导线的舞动进行了相关模态分析，得出了覆冰导线的前六阶模态振型及相
对应的模态振型的位移图，并以模态分析为基础，研究了覆冰导线的模态谐波分析，根据这些可进一步优化覆冰导线。
邵瑰玮，闵绚等[38]通过研究导线两端不同的约束及风压不均匀系数折算法对输电导线悬挂点处的风载荷会产生影响，进而会影响导线的绝缘子串的风偏角，数值仿真分析了不同的绝缘子串的悬挂方式对输电导线悬挂点处风载荷的影响情况，得出了即使实际风速小于设计的风速，线路仍会有发生风偏跳闸的可能性，从而为导线防风偏的优化设计提供了相关依据。
沈国徽、徐亮[39]等考虑了带有间隔棒的分裂导线的覆冰脱落现象，首先建立了该系统的有限元模型，然后分析了单导线和分裂导线的覆冰脱落的不同之处，以及不同的间隔棒数和不同的分裂导线数对单根子导线脱冰的影响情况，并在抑制导线的舞动和由于脱冰引起的间隔棒扭转振动问题上提供了一定的理论基础。
马文勇和顾明[40]利用风洞实验分别对不同的紊流度下八种扇形冰形的覆冰导线的气动力进行了测试，研究了该扇形冰形的覆冰导线的横风向驰振不稳定性特性，并讨论了在覆冰角度、覆冰厚度和不同的紊流度的影响情况下，导线的横风向驰振不稳定性和气动力特性，得出了紊流度的增加对覆冰导线的驰振起到了一定的抑制作用。
二国外研究现状
Y.M. Desai[41,42]运用三节点等参数索单元模拟了导线三个自由度方向的舞动，分析了导线横截面的偏心与相邻跨的纵向静刚度，通过模态分解方法研究出了导线在各阶模态下的响应，当对导线的响应时程进行分析时，都利用初始时刻的导线刚度矩阵，并运用摄动法得出了导线在弱非线性假设下的控制分岔方程，当考虑到系统解的可靠性时，提出了可以使用和气动弹性相关的一个小参数来进行评估。
P. Yu，N. Popplewell等[43,44]针对覆冰单导线，不仅分析了两自由度模型下导线起舞的条件，还讨论了在非内共振条件下，导线在垂直和扭转方向产生的周期性舞动失稳的条件。
P. McComber和A. Paradis[45]探索了一种新的方法对于在薄覆冰时，导线的舞动情况，并分析了气动升力对导线扭振的影响。该方法表明，导线即使在很薄的覆冰情况下，并在较大的攻角范围内，扭转振动的失稳条件都是满足的，而这些是Den. Hartog舞动理论所不能解释的。
O. Chabart和J. L. Lilien[46]利用风洞实验分析了导线的气动力系数随风攻角的变化及不同风速下的气动力系数，并研究了不同参数情况下导线的时间历程曲线和相应的相图。
J.L. Lilien和D.G. Havard [47]分别观测了单导线、二分裂、三分裂、四分裂导
线的舞动情况，并记录了166组数据，分析了当线路档距不同时，各导线舞动幅值的区别。
Q. Zhang，N. Popplewell等[48]数值分析了单根导线、双分裂导线、三分裂导
线及四分裂导线在面内外方向和扭转方向的舞动情况，并分析了非线性气动载荷、不规则覆冰、防舞器等多种因素对导线舞动的影响。
R. Keutgen和J.L. Lilin [49]利用风洞实验，运用弹簧与支架模拟了输电导线竖
向、水平、扭转方向的自振频率，当三者的频率相一致时，激发了竖向-扭转的耦合运动，并且发现了导线的舞动轨迹在风速变化较小的情况下，也会导致大的变化，当扭转振动的频率等于竖向振动频率的2倍时，导线变成Den. Hartog舞动失稳。
C.B. Gutung, H. Yamaguchi等[50,51]运用RDM法分析了导线自激振动模态和
频率，结果表明，分裂导线在舞动过程中伴随着竖向和扭转的耦合振动。P.V. Dyke 和A. Laneville[52]通过真型实验线路观察了D型覆冰截面的单导线舞动情况，得出了风向对导线舞动幅值有着重要影响。G. Alonso等[53,54]人分析了菱形和三角形等非圆截面的空气动力系数，并计算了导线二维结构的舞动。
A.L. Braun和A.M. Awruch[55]基于二阶显式ALE法考虑了分裂导线断面的二
维流场问题，将分裂导线视为用弹性边界条件约束的刚体，考虑了空气和导线的流固耦合作用，模拟分析了双分裂、三分裂和四分裂导线各子导线间不同的相对位置及尾流对背风区子导线气动力系数的影响。
H. Gjelstrup 和C.T. Georgakis [56]建立了覆冰导线垂直、水平和扭转三自由
度的模型，分析了三个方向的气动力系数随风攻角的变化，由于气动力系数的变化会导致负气动阻尼的变化，进而影响导线运动的稳定性，从而得出了当风攻角范围为~、~170时，导线运动最容易不稳定，并比较了单个自由度、45°70°135°°
两自由度、三自由度及实验情况下的导线运动不稳定性。
由此可见，覆冰输电导线舞动的研究已经受到越来越多的各界学者的广泛重视，覆冰导线的舞动问题成为了影响我国输电导线安全、平稳运行的众多问题之一，也是最难解决的问题之一。覆冰导线的舞动现象十分复杂，因为它囊括了多种非线性特性和多种随机因素，其研究问题囊括了空气动力学、工程力学和电气工程学等多门学科，由于这一系列的复杂问题，使得对于覆冰导线舞动机理的具体研究目前还没有形成完善的理论体系，在导线舞动的研究方面存在着许多的问题有待研究解决，因此，还需要对其进行更加细致深入的研究工作，从理论和实践上将覆冰导线的舞动问题彻底解决，确保输电系统能够安全、可靠的运行。
1.3本文主要研究内容
架空输电导线由于不均匀覆冰而变为非圆截面，在一定的风激励下，会诱发一种大振幅、低频的舞动现象，并且导线舞动持续时间较长，一般情况下可达数小时，由此产生的危害不容忽视。覆冰导线的舞动，会引起各子导线间的闪络，并使导线断股断线，大大的缩短导线的寿命，同时还会破坏线路的绝缘子、金具、杆塔部件等，造成输电线路停电跳闸及杆塔倾斜或倒塌等恶性事件，严重威胁到输电线路的安全运行，给人们的生活和生产带来极大的不便。如何采取有效的防舞措施，使输电线平稳、可靠的运行，迫切的需要对导线舞动进行全面而深入的研究。因此，本文对覆冰导线舞动的研究具有重要的理论和现实意义。
目前，国内外学者在分析覆冰导线的舞动情况时，少部分考虑了间隔棒的影响，但是只是将其视为刚性体，并未考虑间隔棒的弹簧刚度和阻尼的影响情况，并且只有少部分运用多尺度法分析了基于导线的垂直和扭转的二自由度模型的解析解情况，关于运用平均法分析覆冰分裂导线三自自由度耦合模型解析解的很少，而对于覆冰分裂导线舞动的分岔行为研究的也比较少，很难全面的了解覆冰导线舞动的动力学行为，因此，本文以覆冰四分裂导线为研究对象，从数值分析、解析解分析、奇异性分析等方面深入研究了覆冰导线的舞动情况，其具体安排分为以下几个章节：
第一章是绪论部分，主要介绍了覆冰导线舞动的特点和研究背景，描述了国内外发生的大型的覆冰输电导线舞动的情况，以及由此产生的严重危害，并介绍了目前存在的三种著名的舞动机理，分析了国内外学者针对覆冰输电导线所做的研究和目前存在的主要问题，以及本文进行相关研究的必要性。
第二章是覆冰四分裂导线三自由耦合模型的建立部分，将覆冰四分裂导线简化为单根导线进行分析，且不同于前人忽略间隔棒的影响或将间隔棒视为刚性体，本章综合考虑了间隔棒刚度和阻尼的影响，建立了覆冰四分裂导线在垂直、水平和扭转三个自由度方向的连续体动力学模型，运用哈密顿原理分别推导出了覆冰导线和间隔棒运动的动力学平衡方程，并运用三次多项式拟合出了分裂导线的扭转刚度随扭转角、间隔棒个数、分裂圆直径、覆冰厚度变化的数学表达式，其结果与文献中的有限元计算结果基本吻合。
第三章是覆冰四分裂导线舞动的数值分析部分，本章运用Runge-Kutta法对带有间隔棒的覆冰四分裂导线的动力学方程进行了数值分析，针对位移时程曲线和振动幅频曲线等，对覆冰导线和间隔棒的振动波形和振动频率有了更清楚的了解。然后分析了来流密度、横向阻尼比、线路档距等相关参数对导线舞动和临界
风速的影响，并研究了间隔棒的弹性特性对导线舞动的影响关系曲线。结果表明，可以通过适当的增大导线的横向阻尼比，合理的增加导线的单位长度质量，适度的减小输电线路档距，合理的配置间隔棒的弹簧刚度和阻尼，并尽可能的避免易形成大风速的风口、迎风坡等一些区域，来达到防舞目的。
第四章是覆冰四分裂导线舞动的近似解析解部分，本文首先将导线在扭转方向的振动响应与风速、横向阻尼比、来流密度和线路档距之间的关系用三次多项式等函数进行拟合，代入到覆冰导线的垂直和水平方向的振动方程，并将其进行无量纲化，从而使得到的强非线性系统转化为弱非线性系统，然后再运用平均法分析了固有频率关系分别为非内共振、3:1内共振和1:1内共振时系统的振动情况，研究了风速、横向阻尼比、来流密度、线路档距等参数对导线舞动的影响及在不同参数影响情况下导线舞动的响应曲线，得到了系统的稳定和不稳定的解析解，且稳定的解析解与数值解基本吻合。
第五章是覆冰四分裂导线舞动的奇异性分析部分，本章将系统的横向阻尼比作为分岔参数，通过整理系统的平均方程后得到分岔方程，运用奇异性理论分析了系统的分岔方程，讨论了系统在参数投影平面中的转迁集及在不同区域内的分岔图，并将系统的开折参数平面变换到物理参数平面上来，得到了系统相应的物理参数平面图，可以看出系统的物理参数平面图中的区域都分别对应各自转迁集中的区域，并在相应区域有着不同的分岔图，由此，可以识别此非线性系统参数的力学性质，得出分岔参数对系统多值性、振动幅值大小及响应稳定性的影响。
第六章是全文总结部分，总结了本文的主要工作，并提出了目前存在的相关问题，可见对于覆冰导线舞动机理的研究目前还没有形成完善的理论体系，还需要对其进行更加细致深入的研究工作，以将其研究成果运用到工程实际中，从理论和实践上将覆冰导线的舞动问题彻底解决，从而为输电线路能够平稳、可靠的运行提供重要保障。
第二章 覆冰四分裂导线三自由度耦合模型的建立
2.1三自由度模型的建立
为了建立覆冰四分裂导线的连续体动力学的简化模型，现提出了以下几种假设[57]：
1) 将导线视为一柔索，只可以承受张力而不能抵抗弯矩； 2) 导线的垂跨比很小；
3) 将导线的重力垂度曲线看成是抛物线型； 4) 考虑四根子导线具有相同的模态； 5) 不考虑导线在轴向方向的振动； 6) 将耐张塔视为刚性的。
图2-1所示为带有间隔棒的覆冰四分裂导线模型。图2-2所示为间隔棒简化为弹簧、质量、阻尼器的模型，其中m 0为间隔棒的质量，v 为导线的振动位移，y 为间隔棒振动的相对位移，C 为间隔棒与导线连接处的等效阻尼系数，K 为等效弹簧刚度，m 为导线的质量。
图2-1 覆冰四分裂导线模型 图2-2 间隔棒模型
不考虑各子导线之间的相对运动，将覆冰四分裂导线简化为单根导线进行分析，考虑覆冰导线在垂直、水平和扭转三个方向的耦合运动，则覆冰四分裂导线简化后的动力学模型[35,58]如图2-3所示：
图2-3 三自由度耦合动力学模型
v 导线
m
C
K
y
m 0
间隔棒
(,)
v x t o
θ
x
l
D
x y
(,)
w x t B
A
z
d x
B v w B ′′
d y A ′
d d x w w x
+d d x v v x
+B C ′
s
x
A ′′
0d s A
图中，oxyz 为覆冰四分裂导线的风偏平面，为导线上任意一点处的垂直位
移，为水平位移，),(t x v (,)w x t ),(t x θ为扭转位移，0d s
为覆冰四分裂导线在静态下的弧
长，d 为覆冰四分裂导线振动变化后的弧长，l 为线路档距。
s
取架空输电线的悬链线方程[59]，即在风偏平面内的覆冰导线的静平衡方程为
002(sin sin 22T mgx mg l x y h
h mg T T )
?=? (2-1) 其中T 0为导线的初始张力，m 为导线的单位长度质量，g 为重力加速度。
覆冰导线的空气动力模型[45,60]如图2-4所示
图2-4 导线的空气动力模型
图中U 是风速，η是U 和水平方向轴间的夹角，是相对风速，是U 在水平方向的分量，z r U z U 0θ是导线的初始凝冰角，θ是导线的扭转角，1α是相对风速与水平风速间的夹角，α是风攻角，、、L F D F M 分别是单位长度导线所受的气动升力、气动阻力和气动扭矩。
风攻角的表达式为
0z z
v R U U θαθθ=+?
? (2-2) 相对风速的表达式为
r U = (2-3) 水平方向的气动力、垂直方向的气动力、气动扭距z F y F M 分别为[61] 222
121212z Z y y r r M r F BC U F BC U M BC U ρρρ?=??
?
=??
?=?? (2-4)
式中是覆冰导线的截面特征长度，B ρ是空气密度，、和分别是水平气动系数、垂直气动系数、扭转气动系数，其三次多项式的拟合形式如下
z C y C M C z
M
θθ+o
1
αU
y
L
F D
F η
α
r
U 1
v
R θ+ 0θ+θαz U
23111213221222323
313233z y M
C c c c C c c c C c c c 3
ααααααααα?=++?=++??=++? (2-5) 利用哈密顿原理[62]，将覆冰四分裂导线的模型简化，其运动方程为
δ()t
T W V dt 0+?=∫ (2-6)
式中T 为导线和间隔棒总的动能，W 为外力所做的功，V 为导线和间隔棒的应变能。
其中，动能表示为
2220000002220011
111d d d 222
11[()()]δ()δ()22L L L n n
i i i i i i i i i T mv s mw s I s m v y w z x l I x l θθ===++++++?+∫∫∫∑∑ ? (2-7) 式中L 为导线的线长，为单位长度导线的质量，m I 为导线的转动惯量，为间隔棒的质量，为间隔棒的转动惯量，为第个间隔棒所处位置的自然坐标，
为间隔棒的个数，、、0m 0I i l i n i w i v i θ为第i 个间隔棒跟随导线牵连运动的水平位移、垂直位移和扭转角，、i y i z 为第个间隔棒的相对垂直位移和水平位移，为单位脉冲函数。
i δ 外力所做的功表示为
(2-8)
000
d d L
L
L
y z W F v s F w s M θ=++∫∫∫0d s 式中为单位长度导线上所受的风力在垂直方向的分量，为单位长度导线上所受的风力在水平方向的分量，y F z F M 是单位长度导线上所受的空气动力扭距。 应变能表示为
2000
0022111
1()(d d )d 2
21
()δ()()δ()2
L L n n
i i i i i i i i i V T EA s s GJ s C y y z z x l K y z x l θεε===+?+++?++∫∫∑∑ ? (2-9) 式中E 是导线的弹性模量，A 是导线的横截面积, 是导线的扭转刚度，GJ θε是导线的扭转应变，并且x ??ε=θθ，K 是间隔棒弹簧的刚度，C 是间隔棒的黏性阻尼系数。
将系统的动能、势能、外力所做的功带入式(2-6)，变分后为
23210
1022334450
2
2566601
(22364122224)d ()δ()0
l
y x x xx x x x xx x x x xx x n
x xx x x x
xx x
x x xx i i i i me
v e F e v e v e v e v v e v e v v e w e w w e v w e v w e v w w x m v y x l =+???????????++?=∫∑ 2
x
(2-10)
2
1010555660
2326778801
(22224222412)d ()δ()l
z x x x xx x x xx x x x x xx x n
x
xx x x xx x x
x
xx i i i i me w e F e v w e v w e v w e v w e v v w e v w e w e w e w e w w x m w z x l =+??????????++?∫
∑ 0
=000
(2-11)
10
10
9900
1
(I )d δ()n
l
x x xx i i
i e e M GJe GJe x I x l θ
θθθ=+??+?=∑∫ (2-12) 0()δ()δ()δ()i i i i i i i m v y x l Cy x l Ky x l +?+?+?= (2-13) 0()δ()δ()δ()i i i i i i i m w z
x l Cz x l Kz x l +?+?+?= (2-14) 式中~为与2e 10e x 有关的系数。
根据现场进行的观察，覆冰导线在发生舞动的时候，一般会以一阶振型的模式运动[63]，所以对覆冰导线舞动的振型采取一阶模态截断，取覆冰导线振动的位移表达式为
()sin ()sin ()sin v w w v q t x l w q t x l w q t x l πππ?
=??
?
=??
?
=??
(2-15)
根据伽辽金法，得出导线的垂直、水平和扭转方向的动力学平衡方程分别为
2010020304050607081
223
2209101112131415162223217181920212(sin n
i v v v w v i v v v v v v v v l
a m q a q a q a q a q a q a q a q q l a q q a q q a q a q a q a q q a q q a q q q a q q a q q a q q a q a q q a θθθθθθθθθθθθθθθθθθθπ=+++=++++++++++++++++++∑ 322324222526272829303122
222322
323334353637383901
w v w w w v w w v w v w w n
w
v w
w
w
v
v
w
v w
i q a q q
a q q a q
q a q q a q q q a q q q a q q q a q q a q q a q q a q q a q q a q a q a q a q a q q m y θθθθθθθθθθθ=+++++++++++++++++?∑ 2i
(2-16)
2010020304050607081
223
2209101112131415162223217181920212(sin
)n
i
w w w v i v v v v v v v v l b m q
b q b q b q b q b q b q b q q l
b q q b q q b q b q b q b q q b q q b q q q b q q b q q b q q b q b q q b θθθθθθθθθθθθθθθθθθπ=+++=++++++++++++++++++∑ 322324222526272829303122
22233233343536373801w v w w w v w w v w v w n
w
v w
w
w
v w v w
w
i
i q b q q
b q q b q
q b q q b q q q b q q q b q q q b q q b q q b q q b q q b q q b q b q q b q q b q m z θθθθθθθθθθθ=++++++++++++++++?∑ v θ2w (2-17)
导线连接器应用技术
导线连接器应用技术 6.2.1 技术内容 （1）技术特点 通过螺纹、弹簧片以及螺旋钢丝等机械方式，对导线施加稳定可靠的接触力。按结构分为：螺纹型连接器、无螺纹型连接器（包括：通用型和推线式两种结构）和扭接式连接器，其工艺特点见表 6.1，能确保导线连接所必须的电气连续、机械强度、保护措施以及检测维护4项基本要求。 表6.1符合GB13140系列标准的导线连接器产品特点说明 连接器类型比较项目 无螺纹型 扭接式螺纹型通用型推线式 连接原理图 例 制造标准代 号 GB 13140.3 GB 13140.5 GB 13140.2 连接硬导线 （实心或绞 合） 适用适用适用 连接未经处适用不适用适用适用
理的软导线 连接焊锡处 理的软导线 适用适用适用不适用 连接器是否参与导电参与不参与 参与/不参 与 IP防护等级IP20 IP20或IP55 IP20 安装工具徒手或使用辅助工具徒手或使用 辅助工具 普通螺丝刀 是否重复使 用 是是是 （2）施工工艺 1）安全可靠：应该是很成熟的，长期实践已证明此工艺的安全性与可靠性。 2）高效：由于不借助特殊工具、可完全徒手操作，使安装过程快捷，平均每个电气连接耗时仅10s，为传统焊锡工艺的1/30，节省人工和安装费用。 3）可完全代替传统锡焊工艺，不再使用焊锡、焊料、加热设备，消除了虚焊与假焊，导线绝缘层不再受焊接高温影响，避免了高举熔融焊锡操作的危险，接点质量一致性好，没有焊接烟气造成的工作场所环境污染。 主要施工方法：
1）根据被连接导线的截面积、导线根数、软硬程度，选择正确的导线连接器型号。 2）根据连接器型号所要求的剥线长度，剥除导线绝缘层。 3）按图6.1所示，安装或拆卸无螺纹型导线连接器。 图6.1 A推线式连接器的导线安装或拆卸示意图图 6.1 B通用型连接器的导线安装或拆卸示意图 4）按图6.2所示，安装或拆卸扭接式导线连接器。 图6.2 扭接式连接器的安装示意图 6.2.2 技术指标 《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303、《建筑电气细导线连接器应用技术规程》CECS421、《低压电气装置》（第5部分：电气设备的选择和安装第52章布线系统）GB16895.6、《家用及类似用途低压电路用的连接器件》GB13140。
架空输电线路导线舞动机理及防舞策略
架空输电线路导线舞动机理及防舞策略 摘要：架空输电线路是电力能源传输非常重要的载体，其与电力能源的供应水 平与服务质量有着密切的联系。从当前发展来看，我国对于电力能源已经成为必 不可少的一部分，不管是人们生活、工作等各方面都需要电力能源的保障。架空 输电线路安全稳定运行对于社会和谐和经济建设都发挥着重要作用，针对架空输 电线路导线舞动所导致的跳闸、倒塔等问题，应该积极采取有效措施。通过对我 国发生输电线路导线舞动的原因进行分析，并找出影响因素采取应对措施，为人 们提供安全可靠的用电环境。 关键词：架空输电线路；导线舞动；机理与策略 1.引言 随着我国经济的快速发展，社会对电能的需求和质量的要求不断提高。但输 电线路暴露在大自然中，受到风、冰、雷等环境因素的影响，我国部分地区电网 事故依然存在，这会造成重大的经济损失与社会影响。架空输电线路导线舞动是 长期以来影响电网架空线路度冬安全的重要因素。冬季，水平方向的风吹到因偏 心覆冰而变为非圆断面的导线时，将产生一定的空气动力，在一定的条件下，会 诱发导线产生一种低频、大振幅的自激振动。这种振动属于驰振，形态上下翻飞、形如龙舞，称为舞动。 2.输电线路导线舞动机理 输电线路导线舞动不同于一般的振动现象，而是受到风速的影响发生一种运 动轨迹的变化，其具有低频率、大振幅等特点。舞动故障出现与风速、风向、输 电线路自身结构等都有关系。架空输电线路通常处于静载负荷状态，而舞动故障 发生的时候形成动荷载，对塔杆挂线等都有影响，从而对线路造成损坏。其次， 塔杆建设中，线路舞动下转角角度与设计存在较大出入，横担方向承载力远大于 塔杆所能承受的范围，这样就会造成塔杆失去平衡或损坏。从目前来看输电线路 舞动所造成的跳闸、停运、变电站失压等问题都是我们会面临的考验，这不仅影 响人们的正常用电，还会对社会经济产生一定影响。当电厂发电机组停运，给整 个电力系统所造成的威胁都是极大的，导线舞动幅度较大的时候较常出现的一种 故障就是线路闪络，当线路出现闪络放电的时候，就会造成后续的频繁故障。另外，输电线路在舞动当中中，沿着线路的方向将会产生窜动，容易对线路上的绝 缘子串及金具等造成损坏，从而出现滑动摩擦等问题。在用电负荷日益增涨的情 况下，电力企业应该着手研究输电线路舞动的防治措施，努力解决舞动现象所造 成的不利影响。 3.舞动的成因及危害分析 输电线路导线舞动是导线覆冰后在风激励下引起的低频率、大幅度振动，会 引起输电线路跳闸、铁塔横担螺栓脱落以及铁塔横担、跳线、绝缘子、金具的损坏，引起频繁跳闸等事故，严重威胁着输电线路的长久稳定运行。 3.1舞动的成因 引起舞动的原因非常多，而各种因素又相互影响，形成了舞动激发以及拓展 的复杂条件。总的来说，对于导线舞动的激发与拓展起重点效果的因素通常有覆 冰影响、风的激励和线路系统的结构与参数。 （1）覆冰影响 对与导线舞动而言，冰风因素是主要的激励源，起关键作用。气温低于0℃ 或在0℃左右，空气湿度达到约90%，遇有冻雨或雨夹雪天气，在风的作用下，
非线性电阻的伏安特性曲线实验
线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线 【教学目的】 1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会用图线表示实验结果。 2、了解晶体二极管的单向导电特性。 【教学重点】 1、测绘电阻的伏安特性曲线； 2、了解二极管的单向导电特性。 【教学难点】 非线性电阻的导电性质。 【课程讲授】 提问：1.如何测绘伏安特性曲线？ 2.二极管导电有何特点？ 一、实验原理 常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。 图1线性电阻的伏安特性图2晶体二极管的p-n结和表示符号晶体二级管又叫半导体二极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。加到半导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电的电子，这种半导体叫电子型半导体 (也叫n型半导体)；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴(空位)，这种半导体叫空穴型半导体 (也叫p型半导体)。 晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)所示。p-n结具有单向导电的特性，常用图2(b)所示的符号表示。
关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。 图3 p-n结的形成和单向导电特性 如图3(a)所示，由于p区中空穴的浓度比n区大，空穴便由p区向n区扩散；同样，由于n区的电子浓度比p区大，电子便由p区扩散。随着扩散的进行，p区空穴减少，出现 了一层带负电的粒子区(以?表示)；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区(以⊕表 示)。结果在p型与n型半导体交界面的两侧附近，形成了带正、负电的薄层，称为p-n结。这个带电薄层内的正、负电荷产生了一个电场，其方向恰好与载流子(电子、空穴)扩散运动的方向相反，使载流子的扩散受到内电场的阻力作用，所以这个带电薄层又称为阻挡层。当扩散作用与内电场作用相等时，p区的空穴和n区的电子不再减少，阻挡层也不再增加，达到动态平衡，这时二极管中没有电流。 如图3(b)所示，当p-n结加上正向电压(p区接正，n区接负)时，外电场与内电场方向相反，因而削弱了内电场，使阻挡层变薄。这样，载流子就能顺利地通过p-n结，形成比较大的电流。所以，p-n结在正向导电时电阻很小。 如图3(c)所示，当p-n结加上反向电压(p区接负，n区接正)时，外加电场与内场方向相同，因而加强了内电场的作用，使阻挡层变厚。这样，只有极少数载流子能够通过p-n 结，形成很小的反向电流。所以p-n结的反向电阻很大。 晶体二极管的正、反向特性曲线如图12-4所示。从图上看出，电流和电压不是线性关系，各点的电阻都不相同。凡具有这种性质的电阻，就称为非线性电阻。 图4晶体二极管的伏安特性图5测电阻伏安特性的电路 二、实验仪器 直流稳压电源，万用表（2台），电阻，白炽灯泡，灯座，短接桥和连接导线，实验用九孔插件方板。
防止输电线路覆冰、舞动事故措施1
xxx公司 检修分公司 防止输电线路覆冰、舞动事故措施批准： 审核： 编制：许映全 检修分公司线路班 2020年12月
目录 1.总则 (1) 2.事故措施范围 (1) 3.分析线路区域气象变化引起中冰区、易舞动区 (1) 4.抗覆冰措施 (2) 4.1 防倒塔断线措施 (2) 4.2 防绝缘子串冰闪措施 (3) 5.防导线舞动措施 (3) 6.输电线路除冰 (4) 7.运行阶段应注意的问题 (4) 8.小结 (4)
防止输电线路覆冰、舞动事故措施 1.总则 在电网系统中，输电线路覆冰现象较为普遍，其引起的故障严重地影响了电力系统的正常运行。输电线路覆冰可引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。导线覆冰是一个复杂的过程，覆冰量与导线半径、含风量、风速、风向、气温及覆冰时间等因素有关。对减轻导线覆冰带来的危害，要充分掌握本地区的冰雪情况，仔细研究输电走廊的微气候、微地形，尽量避开重冰区；无法避开时，应在重冰区采取抗冰设计。为加强已有线路的抗冰害能力，应视具体情况区别对待，可增大爬电距离，改善绝缘子伞裙结构，在绝缘子表面涂憎水涂料以及对杆塔横担和绝缘子进行清扫，这些都是解决覆冰绝缘子冰闪的有效方法。 2.事故措施范围 本反事故措施适用于xxx公司220kV及以下架空输电线路防止覆冰、舞动事故的治理。 3.分析线路区域气象变化引起中冰区、易舞动区 （1）认真调查气象条件，易覆冰区、易舞动区地形；收集气象部门的历史观测资料外 ,对沿线现有输电线路及通信线路的覆冰及运行情况进行深入的调查访问,认真听取当地居民有关历年冰凌频数、性质、分布及危害等方面的情况。 (2)输电线路防覆冰、舞动排查，应认真分析标注出冰区、舞动区范围内输电线路段落。 (3) 要求全面掌握沿线气象环境资料，有效预防和治理线路冰害的有效措施；对设计冰厚取值偏低、且未采取必要防覆冰措施的重冰区线路应逐步改造，提高抗冰能力。
输电线路舞动跳闸事故分析
输电线路舞动跳闸事故分析 王磊，何峰，胡俊峰 （开封供电公司，河南开封４７５００４） 摘要：从气象条件、地势条件、线路走向和结构参数等对输电线路影响的特点，分析了开封供电区输电线路因导线舞动，发生线路相间短路，造成２２０ｋＶ、１１０ｋＶ线路跳闸的事故经过，分析了事故的原因，阐明了暴露的问题，制定了相应的防范措施。 关键词：线路舞动气象条件地势条件故障跳闸 中图分类号：ＴＭ７２６文献标识码：Ｂ文章编号：Ｘ（２００７）０４－０２８－０３ ＴｈｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＡｃｃｉｄｅｎｔｗｈｉｃｈＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅ ＷａｖｉｎｇＣａｕｓｅｄＳｗｉｔｃｈＳｅｐａｒａｔｉｏｎ ＷａｎｇＬｅｉ，ＨｅＦｅｎｇ，ＨｕＪｕｎ－ｆｅｎｇ （ＫａｉｆｅｎｇＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｎｅｍｏｖｅｄ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｏｏｎ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｗｉｒｅｗａｖｉｎｇｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｄｔｈｅｌｉｎｅｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｓｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅｓａｎｄｓｗｉｔｃｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎ２２０ｋＶａｎｄ１１０ｋＶｌｉｎｅｓｉｎｔｈｅＫａｉｆｅｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｒｅａｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｒｅａｓｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｅｘｐｏｓｅｄｑｕｅｓｔｉｏｎｗａｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｇｕａｒｄｍｅａｓｕｒｅｗａｓｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｗａｖｉｎｇ；ｔｈｅｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｔｈｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｓｗｉｔｃｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｂｒｅａｋｄｏｗｎ 开封供电区位于河南电网东部，东接商丘，西连郑州，南接许昌，北连新乡，电力输送贯穿东西，承接南北，是河南省电网的重要组成部分，担负着开封市和所辖五县的供电任务。开封电网属于受端电网，通过开封火电厂、２２０ｋＶ电网及５００ｋＶ电网接受区内、区外电力。 １输电线路跳闸经过 开封供电区域内２００６年１月３０日的气象条件为：市区小雨雪转中雪，气温为－２℃￣３℃，风力４￣５级，风向为北风。早上６∶００左右，开始下起了小雨，随后在８∶００转为冻雨，随即转为小雪，８∶３１，输电线路开始发生跳闸。 ２２０ｋＶ前商线和Ⅱ祥崔线路的相继跳闸，造成了开封电网和商丘电网断面的连接仅剩余２２０ｋＶ开商线和Ⅰ祥崔线；而在开封本地区电网内部，由于２２０ｋＶ开杏线和祥杏线的跳闸，造成了原本由开封火电厂～杏花营变～祥符变～前台变～开封火电厂组成的２２０ｋＶ环形供电网络解环运行，２２０ｋＶ杏花营变电站仅通过Ⅰ、Ⅱ郑杏线与郑州电网联接。在２００３年开封电网发生的大面积输电线路舞动中，开商线、Ⅰ祥崔线和Ⅰ、Ⅱ郑杏线的东西走向区段均在舞动范围区域内，一旦以上线路再发生跳闸，将会造成郑州、开封和商丘三个断面完全失去联络，并且开封电网２２０ｋＶ环网内部将会解列运行。 ２输电线路舞动跳闸原因分析 ２．１舞动现场情况介绍 根据保护测距，运行人员迅速开展了事故巡线。９点３０分，巡线人员发现，在保护测距故障区域内的线路走向为东西走向，与风向夹角为８０°￣９０°之间，且导线上已经覆冰，覆冰厚度约有２ｍｍ￣４ｍｍ，导线舞动情况严重，初步判断线路故障跳闸是由于输电线路舞动造成的。 前商线与Ⅲ祥前线在此区段内为同塔双回架设，导线垂直排列。在２００３年进行的输电线路防舞 河南电力２００７年第４期２８
导线机械特性曲线绘制
电气化届架空线路课程设计机械特性曲线绘制设计 学生姓名 学号 所属学院 专业农业电气化与自动化 班级 指导教师 日期
前言 建设一条架空线输电线路,必须符合经济合理、安全适用的原则，既要充分利用材料的强度，又要保证安全运行。 对于悬挂在架空线路杆塔上的导线，外界温度变化将引起导线的伸长或缩短，而导线上的荷载变化将引起导线的弹力变形，这两种现象都使导线的长度发生变化。通过计算可知：档距一定时，导线长度的微小变化也会导致导线应力和弧垂的很大变化。导线长度的缩短，将使导线应力增大，弧垂减小；反之，导线伸长，将使导线应力减小，弧垂增大。显然，在线路设计时，必须计算导线的应力和弧垂，确定和掌握导线在各种气象条件下的应力和弧垂的变化情况，并保证当导线应力最大时，其值不超过导线强度允许值，而当弧垂最大时，要保证导线的对地安全距离，从而保证线路设计经济合理、运行安全可靠。 本次设计是要绘制导线的机械特性曲线，在线路设计过程中，为了设计计算的方便，总是首先计算导线在各种不同气象条件下和不同代表档距时的应力和弧垂，并把计算结果以横坐标为代表档距，纵坐标为应力或弧垂绘制成各种气象条件时代表档距和应力或弧垂的关系曲线，这些曲线就称为导线的应力或弧垂曲线，简称导线机械特性曲线。
目录 工程概况 (3) 1．导线型号的确定 (3) 2.各气象条件时的比载确定 (3) 3.安全系数及防振措施的确定 (4) 4.临界档距计算及辨别 (4) 4.1计算数据 (4) 4.2临界档距计算 (4) 4.3有效临界档距辨别 (5) 4.4结论 (5) 5.机械特性应力特计算 (5) 6.绘制机械特性曲线 (7) 致谢 (8) 参考文献 (9)
非线性电阻伏安特性的研究
Shiyan 非线性电阻伏安特性的研究与经验公式的建立
实验5-9 非线性电阻伏安特性的研究 与经验公式的建立 （一）教学基本要求 1.了解分压线路、限流线路以及电表刻度盘上的各种符号。 2.了解非线性电阻元件的伏安特性。 3.掌握探索物理规律、建立经验公式的实验思想和实验方法。 4.学会测量未知物理量之间的关系曲线。 5.掌握作图的基本规则，学会用半对数坐标纸作图并学会求斜率和截距。 6.掌握用变量代换法把曲线改直进行线性拟合或通过计算机软件作图用最小二乘法进行曲线拟合。 7.学会通过合理选择接线方式减小电表接入系统误差的方法。 8.学会判断二极管极性的方法。 （二）讲课提纲 1．实验简介 电阻元件的伏安特性曲线（电压～电流曲线）呈直线型的，称为线性电阻；呈曲线型的，称为非线性电阻。常见的典型非线性电阻元件有点亮的白炽灯泡中的钨丝、热敏电阻、光敏电阻、半导体二极管和三极管等。非线性电阻的伏安特性所反映出来的规律，总是与一定的物理过程相联系的。利用电阻元件的非线性特性研制出的各种新型传感器、换能器，在温度、压力、光强等物理量的检测和自动控制方面应用非常广泛。对非线性电阻特性及规律的研究，可以加深对有关物理过程、物理规律及其应用的认识。 实际中许多物理量之间的关系是非线性的关系，为了形象地表示物理量之间的函数关系，寻找物理规律，常常需要测绘各种各样的特性曲线。伏安特性是电学元件最重要的电学之一。实验中选择了两种非线性电阻元件，稳压型二极管和小灯泡，测绘伏安特性曲线，建立电压和电流之间关系的经验公式。通过实验，学习探索物理量间关系、建立定量经验公式的基本方法。 2．实验设计思想和实现方法 （1）测量伏安特性曲线 电学元件的电流和电压之间关系曲线称为伏安特性曲线，不同电学元件的伏安特性曲线不同。电阻的伏安特性曲线――线性，小灯泡的伏安特性曲线――非线性，二极管（正向和反向）的伏安特性曲线――非线性。 测量电阻元件伏安特性曲线的一般方法，在电阻元件上加不同的电压，测量相应的电流。采用电压表和电流表同时测量电压和电流的测量线路有两种接法，电流表内接和电流表外接。为了减小电表接入产生的误差，一般情况，待测对象阻值很大，采用电流表内接；待测对象阻值很小，采用电流表外接。为了消除电表接入误差，可以采用理论修正的方法。
架空输电线路防舞动措施
架空输电线路防舞动措施 发表时间：2018-01-10T10:55:51.810Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：王凤军潘庆明张晓雷于利梁雷[导读] 这样的舞动行为是由于线路处于高空状态下空气动力与风力互相作用从而在覆冰的状态下引起了输电线路的低频率自激行为的振动造成的，在这样的状态之下线路的表面材料会发生损坏并且直接导致电流的闪动以及跳闸，对用户的用电体验造成极大的影响。 （国网辽宁省电力有限公司检修分公司输电运检中心）摘要：处于高空环境下工作的输电线路会因各种气候以及地理环境问题形成材料的损坏从而对正常的电流输送造成一定程度的影响，在这样的条件下，极有可能形成输电线路的舞动，这样的舞动行为是由于线路处于高空状态下空气动力与风力互相作用从而在覆冰的状态下引起了输电线路的低频率自激行为的振动造成的，在这样的状态之下线路的表面材料会发生损坏并且直接导致电流的闪动以及跳闸，对 用户的用电体验造成极大的影响。文中将重点对架空输电线路的防舞动措施进行了分析。 关键词：架空；输电线路；防舞动；措施架空输电线路舞动属于低频的一种，通常情况下出现在多分裂导线输电线路中，而多分裂导线一般又用在电压等级220kV以上，所造成的危害通常是比较大的，轻的时候可能会对金具造成损伤，严重的时候可能导致跳闸停电、倒塔等严重的后果，对于人们的正常用电产生不利的影响。为此，对于输电线路舞动进行分析，同时对其防治措施进行探讨是十分必要的。 1线路舞动规律及特点分析 1.1舞动发生规律 舞动行为的存在要素在于物理环境温度低，而冬季长时间的降水量大、降温范围广、延迟时间较长以及次数较多使得为线路舞动提供了发生条件，冬季气温较低，结冰厚重的可能性也十分大，并且在冬季多风的条件下极易形成覆冰状态下的舞动行为。在地理环境上进行分析来看，一般容易形成覆冰舞动的地区主要集中在冬季气候偏低的平原地区，并且承载电压越大的线路形成舞动行为的可能性就越大，主要原因在于线路应用材质所负荷的重力越大，形成舞动的概率就越大。 1.2线路舞动特点 随着近年来冬季气温的逐渐下降，全国各地都形成了不同程度的线路舞动，并且整体趋势呈逐渐扩大以及频率波动幅度增大的特点，受冷空气的影响，每一次的降温都使得刮风程度以及雨雪覆盖重量对线路的影响加剧，其作用频度也明显上升。除了物理环境上的波及范围广之外，还有涉及规模广的特点，高电压线路的舞动次数也随着时间的递增而上升，除了高压线路其他电压等级的线路也都受到了不同程度的影响，当物理环境与覆冰状态满足舞动条件时，相应的线路故障也应运而生。 2舞动故障影响 2.1对机械的影响 由于舞动幅度大，导线张力变化相应也很大，常可达数十千牛顿，最大可使导线张力增加近一倍。因此，对导线、金具、绝缘子及杆塔的强度和耐疲劳性能都是一个严峻的考验。尤其是舞动往往伴随有扭转运动分量，而扭转运动对导线、金具的损伤力更大，从而会造成连接金具、悬垂金具及绝缘子等的破坏。另外，由于舞动幅度大，容易造成相间闪络，甚至碰线，并因此造成导线烧伤，这又是舞动对导线所造成的一种典型的机械性损伤。随着电压等级的提高，导线分裂数增多，舞动带来的机械损伤就越来越大，治理也更为困难。 2.2线路走向的影响 只有风向垂直于线路方向时，导线所承受的空气动力最大，所表现出的微风振动和驰振最典型和突出。如果风向与线路之间有一个夹角，真正起作用的是风相对线路的垂直分量，而平行与线路的分量通常是不会起到激励作用的。 3架空输电线路防舞动措施导线防舞动设计原则现行的输电线路防舞动措施基本划分为三大类：避舞、抗舞和防舞。对新设计的输电线路般采用避舞措施，对在建线路及在运行线路一般采用安装抗舞动和抑舞动装置的方法。 3.1避舞措施 通过对地形、地貌和气象条件的调查研究，挑选恰当的线路路径、走向来避舞。舞动容易出现在导线容易覆冰、风大而且稳定的气象区域。挑选线路路径的同时，要尽可能的考虑躲避雨凇、湿雪频繁、冬季多风或者是江河开阔、峡谷等微地形容易出现舞动的地方。线路走向选择的时候，要尽可能保证和冬季主导风向平行。这样的措施如果使用恰当，能够起到良好的防舞效果。 3.2加强线路抵御舞动故障的能力 在舞动故障形成的时候，输电线路在同它垂直的横截面内呈现出椭圆形的运转方向，当它的舞动幅度加大以后，相近两根导线由于都在运动就可能出现靠近的情况，这个时候就极有可能导致跳闸或者是线路损坏的问题。为了能够将这种事故出现的可能性降低，应用的防舞动措施能够有效的控制舞动幅度。除此之外，利用导线水平排列的布置形式，能够将导线之间碰撞闪络的可能性降低。同时还可以将横担以及杆塔的强度增加，对于金具的防振能力进行改进，通过这些措施都能够将金具出现损伤或者是松动的可能性降低，对舞动事故进行有效的抑制。 3.3抑舞措施 3.3.1改变系统空气动力特性 这个防舞方式就是根据流体力学的原理，利用将导线外形进行改变将空气动力特性进行改变，将舞动形成条件破坏掉。此种措施包含了：第一，缠绕扰流线。使用某一种特制的绕流线进行导线的缠绕，将沿档气流进行干扰，导致导线覆冰的时候不容易出现规则的翼型断面，降低升力系数，由此将舞动起舞的条件破坏掉，可是此种装置一般只是安装在覆冰厚度比较小的地方。第二，将空气动力阻尼器进行安装。在档内不同位置安装空气动力阻尼器，保证导线受风作用的同时阻力垂直分量要大于升力垂直分量，控制舞动出现。 3.3.2其他抑舞措施 将吸收以及消耗舞动能量的阻尼器安装在档距两端，提高导线舞动系统的自阻尼作用，控制舞动。将偏心重锤双摆防舞锤进行安装。在形式上，双摆防舞锤与失谐摆差不多，可是防舞机理和设计方法上有所不同，双摆防舞器主要是根据动力稳定型理论设计而成，大部分使用在分裂导线当中。单回输电线路防舞动的重点方式包含线夹回转式间隔棒、双摆防舞器等 3.4减弱导线的振动
【精品】节能导线工程应用技术经济分析
淮南～南京～上海1000kV特高压交流输电 线路工程 节能导线工程应用 技术经济分析 2012年11月12日
目录 前言 .............................................. 错误!未指定书签。1综述............................................. 错误!未指定书签。 1.1线路概况和系统条件........................ 错误!未指定书签。 1.2节能导线应用背景.......................... 错误!未指定书签。 1.3工程环境条件.............................. 错误!未指定书签。2节能导线型式选择................................. 错误!未指定书签。 2。1新型节能导线介绍......................... 错误!未指定书签。 2。2适合特高压线路应用的节能导线............. 错误!未指定书签。 2.3节能导线的参数和标准...................... 错误!未指定书签。3导线机电特性..................................... 错误!未指定书签。 3。1导线弧垂................................. 错误!未指定书签。
3.3导线耐张串强度选择........................ 错误!未指定书签。 3.4导线对杆塔荷载的影响...................... 错误!未指定书签。 3。5导线摇摆角............................... 错误!未指定书签。 3.6导线防振性能.............................. 错误!未指定书签。 3。7导线蠕变和初伸长补偿..................... 错误!未指定书签。 3.8配套金具.................................. 错误!未指定书签。 3.9中强度铝合金绞线放松张力使用分析.......... 错误!未指定书签。 3.10小结..................................... 错误!未指定书签。4交流电阻及能耗计算............................... 错误!未指定书签。 4.1节能导线的交流电阻计算研究................ 错误!未指定书签。 4.2导线交流电阻比较.......................... 错误!未指定书签。
输电线路导线舞动监测技术研究资料
输电线路导线舞动监测 技术研究 XX有限公司 2011年02月
1概述 导线舞动是指风对非圆截面导线所产生的一种低频（约为0.1～3 Hz）、大振幅的导线自激振动。在相应的大气条件下导线舞动时常发生，且由于其大振幅(最大振幅可达到导线直径的5～300倍)、摆动、持续时间长等特点，导线舞动容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、杆塔倒塌，导线折断等严重事故，造成重大经济损失，对输电线路的运行安全造成了巨大危害 在2008年1月份我国遭受了历史上罕见的持续的低温雨雪冰冻自然灾害天气，我国13个省（区）的电力系统运行受到严重影响，造成了巨大的经济损失，输电导线的覆冰与舞动研究在我国得到了普遍重视。 目前世界各国都在开展输电导线舞动研究，出现了各种输电导线舞动研究技术。输电导线舞动在风洞试验中的研究、输电导线舞动在试验线路上的研究均是针对输电导线舞动的理论研究，主要是通过风洞试验、试验线路上的基础研究，完善导线舞动的机理、舞动模型等有关的理论，同时也可以进行防舞装置效果、空气动力参数等的测试，例如华中理工大学曾在风洞中做过新月形覆冰导线的空气动力测试，为输电导线在覆冰条件下发生舞动的有关空气动力系数、空气动力载荷的确定提供了第一手的资料，但此两种方法无法在实际输电线路应用。 输电导线舞动的计算机仿真技术可以根据实验数据或者现场监测的相关参量，结合计算机强大的数据处理能力进行导线舞动的计算机仿真，实现输电导线舞动的低成本、高效率的研究，但该方法也仅限于导线舞动的理论研究而无法实现在工程实践中的应用。 采用摄像技术实现输电导线舞动的监测技术在实践中也得到了一些应用，主要是通过摄像技术给出输电导线舞动现场的定性结果，工作人员根据现场图片，做出判断，采取相应的措施，防止输电导线舞动的发生，但是该方法未实现导线舞动的定量分析，不能给出输电导线舞动的精确信息，制约了其在实际中的推广。 基于无线通讯网络的输电导线舞动在线监测技术是最近几年研究比较热点的一种技术，主要是监测现场的各种数据（包括压力、振动频率和环境信息等），根据输电导线舞动的三自由度数学模型进行导线舞动的计算。由于导线舞动机理、数学模型的不完善（尤其数学模
非线性电阻电路研究论文
非线性电阻电路研究论文 一、摘要 生活中存在的各种各样的电路，绝大多数是非线性电路。非线性电路已经越来越普遍地成为很多线代电子电工技术的理论基础。我们需要对非线性电路有较为深刻的理解，在了解常用的非线性电阻元件的伏安特性、凹电阻、凸电阻等基础上，自行设计非线性电阻电路进行综合电路设计，并利用Multisim软件仿真模拟并加以验证理论的正确性。 二、关键词 二极管，电压源，电流源，线性电阻，电压及其对应的电流。 三、引言 非线性系统的研究是当今科学研究领域的一个前沿课题，其涉及面广，应用前景非常广阔。对于一个一端口网络，不管内部组成，其端口电压与电流的关系可以用U~I平面的曲线称为伏安特性。各种单调分段线形的非线性元件电路的伏安特性可以用凹电阻和凸电阻作为基本积木块，综合出各种所需的新元件。常用串联分解法或并联分解法进行综合。本文主要介绍在电子电工综合实验基础上，根据已有的伏安特性曲线图来设计非线性电阻电路，并利用multisim7软件进行仿真实验。测量所设计电路的福安特性，记录数据，画出它的伏安特性曲线并与理论值比较。 四、正文 1、实验材料与设备装置 1）实验装置 电压源，电流源，稳压管，线性电阻器，二极管DIODE_VIRTUAL，电流表，multisim7软件 2）实验原理和方法要点 对于图(a)进行串联分解，在伏安特性图中以电流i轴来分解曲线 图（a-2） 图（a-1）
对图（a-1）进行分析可知，其伏安特性曲线电路为一个二极管和一个电阻的并联，一个二极管和一个电流源的并联，然后以上二者串联。图（a-2）是图（a-1）伏安线旋转180度，即以上电路的二极管和电流源反接。 同样的道理，可以将特性曲线上下两部分并联（如图b ） 由于特性曲线上下部分是对称的，这里只分析下半部分的设计思路，上半部分只需把下半部分设计的电路图中的所有电源和二极管反向即可。 图b-1又可以分为三部分曲线的并联。 即： u/v 图(b) = 图(b-1) +
浅析输电线路覆冰舞动及防治
浅析输电线路覆冰舞动及防治 发表时间：2016-03-10T15:41:49.440Z 来源：《电力设备》2015年8期供稿作者：袁洪凯 [导读] 国网山东省电力公司滨州供电公司在实际操作中更应该从覆冰导线的舞动预防开始，做好地域数据分析、做好前期防舞动装置，这样才能从根本上最便捷的避免舞动的产生。 （国网山东省电力公司滨州供电公司山东滨州 256600） 摘要：本文就覆冰导线产生舞动的原因以及防止输电导线产生舞动的措施两个方面进行探讨，但是探讨的结果发现，输电导线不仅仅是关系着电力系统的运行，更关系到整个民生，因此对于输电导线中存在的严重问题就必须解决。在实际操作中更应该从覆冰导线的舞动预防开始，做好地域数据分析、做好前期防舞动装置，这样才能从根本上最便捷的避免舞动的产生。 关键词：输电线路；覆冰舞动；防治 一、破坏输电导线运行的主要因素 我国经济社会飞速的发展，国家对于经济发展的主力部门——电力部门充分重视，根据国家的相关规定，我们必须不断完善电网的网架结构。由于电力的发展主要依靠于输电导线对电力的输送，输电导线对电力的输送直接影响了人们的生活与工作，而破坏输电导线运行的主要因素之一就是导线的覆冰，其中又有三种情况的覆冰导线来破坏导线的运输工作，①本文将要探讨的覆冰导线舞动而导致的破坏； ②覆冰过多而大量脱落产生的晃动和弹跳；③覆冰过重产生破坏。 二、覆冰导线舞动原因探析 由于我国疆域辽阔，南北、东西地形、气候等条件差异大，因此产生覆冰的原因不同，覆冰导线舞动产生的原因也有所不同。就目前而言，人们所认同的覆冰导线舞动的起因分析主要为形成覆冰、线路的结构参数与风激励的原因。 2.1覆冰的原因 覆冰厚度一般为2.5～48mm，覆冰导线的形成主要分为三类，其一是雨凇，其二是雾凇，其三是霜凇。 ①雨凇。根据相关的数据分析和研究发现，覆冰导线舞动中导线上覆冰的产生原因主要是雨凇。在风速很大且气温在零度上下时，尤其在低海拔地区的冻雨时节雨凇产生的情况较大。雨凇产生的这种自然条件是冰体在粘性最强的情况，不容易小部分脱落，会呈块状的黏附在导线上，容易在有风的情况下产生舞动，对导线的安全性造成威胁。 ②雾凇。雾凇主要形成于山区，其形成条件主要是气温相对较低且风速也相对较小的情况下。由于气温较低因此低空云的水汽温度也很低，在水汽遇到同样处于低温的输电导线时，凝结成冰附着于导线上。或者是由于山间昼夜温差大，清晨产生的雾气遇冷在输电导线上凝结成冰，因此雾凇所形成的冰体密度相对较小，主要是通过不断凝结的过程来形成覆冰，雾凇作为一种覆冰导线，其舞动时产生的破坏性最小。 ③霜凇。霜凇的产生条件与雨凇的产生条件相似，都为零度左右且风速较大的情况下，霜凇作为不断累积的冰体之一，其密度大大的高于雨凇与雾凇所产生的冰体。因此只要在有湿云的情况下，就容易产生雾凇，雾凇通过其晶体的不断累积不断的增加质量。 2.2线路的结构参数 除了覆冰的原因外还有线路的结构参数来影响覆冰导线的舞动，而线路的结构参数还包括了分裂导线、张力、弧度与垂直度等参数。线路的结构参数对覆冰导线舞动的影响主要是通过大量的数据以及相关工作人员日积月累的工作经验得出的。 ①分裂导线。在线路的结构参数中，分裂导线产生舞动的因素最大，由于分裂导线是由不同的子导线构成的，而各个子导线的扭转刚度比单独存在的单导线又大很多。因此在同等结冰的情况下，单导线因为扭转刚度比较低，因此容易发生扭转，这样冰体在上面不容易大面积的附着。而分裂导线中的各个子导线由于刚度较强且扭转度不强，就会使得冰体增大，发生舞动。 ②弧度。不同弧度的导线也会产生不同幅度的舞动，一般的输电导线都具有一定的弧度，这个弧度范围是国家规定的标准，因此在这样一定的弧度范围内可以保证输电导线能够有效的进行输电且不受到影响。如果导线的弧度小于标准弧度，那么就会造成导线过于紧绷，虽然这样的导线不易发生舞动，但是热胀冷缩容易让导线很容易的受到损坏。如果导线弧度大于标准弧度，那么导线在覆冰的情况下舞动更大。 三、防舞动措施 就目前的舞动现象分析而言，我国的电网管理者和工作根据已有的经验和得到的数据在防舞动方面有了一定的成就。防舞动措施主要根据各地的气候、地形等自然条件来采取避舞——避免产生舞动、抗舞——对抗会产生的舞动进行改进以及抑舞——抑制舞动的产生。 3.1避舞 避免舞动的产生就是企业的规避措施，对于电力企业来说，其防治出现经济和安全损失的措施之一就是避免覆冰输电导线出现舞动。既然要避免就要对于该地所处的自然条件和社会条件两个方面出发，对于自然条件来说，应当了解当地的气候、地貌和地形，从而选择适合当地的导线；对于社会条件来说，应当对当地的工作人员进行经验传授和防舞动措施的讲解，从而保证在舞动发生时有对应的措施来解决。 3.2抗舞 由于避舞是对自然条件和社会条件的一种预估，对其无法进行改变，因此就出现了抗舞这一措施。抗舞就是在无法更改的地形、气候条件下，通过更改输电导线的原料、材质以及其他方面来保证输电的安全运行。抗舞主要是通过检测该地地形之后，选择更适宜该地的材质，选择高强度的机械来防止出现覆冰导线舞动的情况。 3.3抑舞 抑舞即通过相应的装置和器械来抑制舞动的产生，同之前的避舞措施来对有可能产生舞动的区域进行具体勘测，然后安装防舞动装置。 ①改变导线系统的结构。通过改变导线的系统结构可以防治舞动的产生，其主要原因是通过在系统结构中加入防舞动装置，其中防舞
输电线路舞动分析
输电线路舞动分析 摘要：处于高空环境下工作的输电线路会因各种气候以及地理环境问题形成材 料的损坏从而对正常的电流输送造成一定程度的影响，在这样的条件下，极有可 能形成输电线路的舞动，这样的舞动行为是由于线路处于高空状态下空气动力与 风力互相作用从而在覆冰的状态下引起了输电线路的低频率自激行为的振动造成的，在这样的状态之下线路的表面材料会发生损坏并且直接导致电流的闪动以及 跳闸，对用户的用电体验造成极大的影响。文中将重点对架空输电线路的防舞动 措施进行了分析。 关键词：架空；输电线路；防舞动；措施 架空输电线路舞动属于低频的一种，通常情况下出现在多分裂导线输电线路中，而多分裂导线一般又用在电压等级220kV以上，所造成的危害通常是比较大的，轻的时候可能会对金具造成损伤，严重的时候可能导致跳闸停电、倒塔等严 重的后果，对于人们的正常用电产生不利的影响。为此，对于输电线路舞动进行 分析，同时对其防治措施进行探讨是十分必要的。 1线路舞动规律及特点分析 1.1舞动发生规律 舞动行为的存在要素在于物理环境温度低，而冬季长时间的降水量大、降温 范围广、延迟时间较长以及次数较多使得为线路舞动提供了发生条件，冬季气温 较低，结冰厚重的可能性也十分大，并且在冬季多风的条件下极易形成覆冰状态 下的舞动行为。在地理环境上进行分析来看，一般容易形成覆冰舞动的地区主要 集中在冬季气候偏低的平原地区，并且承载电压越大的线路形成舞动行为的可能 性就越大，主要原因在于线路应用材质所负荷的重力越大，形成舞动的概率就越大。 1.2线路舞动特点 随着近年来冬季气温的逐渐下降，全国各地都形成了不同程度的线路舞动， 并且整体趋势呈逐渐扩大以及频率波动幅度增大的特点，受冷空气的影响，每一 次的降温都使得刮风程度以及雨雪覆盖重量对线路的影响加剧，其作用频度也明 显上升。除了物理环境上的波及范围广之外，还有涉及规模广的特点，高电压线 路的舞动次数也随着时间的递增而上升，除了高压线路其他电压等级的线路也都 受到了不同程度的影响，当物理环境与覆冰状态满足舞动条件时，相应的线路故 障也应运而生。 2舞动故障影响 2.1对机械的影响 由于舞动幅度大，导线张力变化相应也很大，常可达数十千牛顿，最大可使 导线张力增加近一倍。因此，对导线、金具、绝缘子及杆塔的强度和耐疲劳性能 都是一个严峻的考验。尤其是舞动往往伴随有扭转运动分量，而扭转运动对导线、金具的损伤力更大，从而会造成连接金具、悬垂金具及绝缘子等的破坏。另外， 由于舞动幅度大，容易造成相间闪络，甚至碰线，并因此造成导线烧伤，这又是 舞动对导线所造成的一种典型的机械性损伤。随着电压等级的提高，导线分裂数 增多，舞动带来的机械损伤就越来越大，治理也更为困难。 2.2线路走向的影响 只有风向垂直于线路方向时，导线所承受的空气动力最大，所表现出的微风 振动和驰振最典型和突出。如果风向与线路之间有一个夹角，真正起作用的是风
半导体及其应用(精)
半导体及其应用 一、教学目标 1．知道什么是半导体 2．了解半导体的导电特性 3．了解半导体的应用 二、教学重点 了解半导体的导电特性 三、教学方法 实验演示 四、教具 演示用欧姆表，热敏电阻，光敏电阻，火柴，手电筒等 五、课时安排 0.5课时 六、教学过程 （一）引入新课 用提问的方式复习上节课学习的知识： 1．什么是导体？其电阻与哪些因素有关？写出电阻定律的表达式。 2．导体的电阻率跟什么有关？导体的电阻率和导体的电阻有何区别？ 待学生回答后，教师：本节课学习有关半导体的知识。 （二）进行新课 1．什么是半导体 金属导体的电阻率一般约为10-8Ω·ｍ~10-6Ω·ｍ 绝缘体的电阻率一般约为108Ω·ｍ~1018Ω·ｍ 半导体的电阻率一般约为10-5Ω·ｍ~106Ω·ｍ 2．半导体的导电性能 【演示】（1）将半导体热敏电阻（或锗材料三极管3AX系列，e—c极反接）与演示
用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。将火柴燃烧并靠进热敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。 【结论】①半导体材料的电阻率随温度升高而减小，称为半导体的热敏特性。 【演示】（2）将半导体光敏电阻（或玻璃壳3AX81三极管外壳漆皮刮掉，使用e—c 极）与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。用手电筒照射光敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。 【结论】②半导体材料的电阻率随光照而减小，称为半导体的光敏特性。 【演示】（2）将半导体光敏电阻（或玻璃壳3AX81三极管外壳漆皮刮掉，使用e—c 极）与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。用手电筒照射光敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。 半导体还有一个重要特性： ③半导体材料中掺入微量杂质也会使它的电阻率产生急剧变化，称为半导体的掺杂特性。 3．半导体导电特性的应用及发展 1906年真空三极管的发明，为上个世纪上半叶无线电和电话的发展奠定了基础。1947年，美国贝尔研究所的巴丁、肖克莱、布拉坦研制出第一个晶体三极管。它的出现成为上世纪下半叶世界科技发展的基础。其功耗极低，而且可靠性高，转换速度快，功能多样，尺寸又小，因而成为当时出现的数字计算机的理想器件，并很快在无线电技术和军事上获得广泛的应用。由于研制成晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。 半导体材料在目前的电子工业和微电子工业中主要用来制作晶体管、集成电路、固态激光器等器件。我们现在常见的晶体管有两种，即双极型晶体管和场效应晶体管，他们都是计算机的关键器件。前者是计算机中央处理器装置（即对数据进行操作部分）的基本单元，后者是计算机存储器的基本单元。两种晶体管的性能在很大程度上均依赖于原始硅晶体的质量。 砷化镓单晶材料是继锗、硅之后发展起来的新一代半导体材料。它具有迁移率高、禁带宽度大等特点，在工作速度、频率、光电性能和工作环境许多方面有着不可比拟的
输电线路覆冰舞动及解决措施分析
输电线路覆冰舞动及解决措施分析 摘要：本文阐述了设置相间间隔棒和带可旋转线夹的分裂导线间隔棒能有效防御导线覆冰舞动灾害。 关键词：输电线路；覆冰舞动；截面受力； 2008年1月发生在我国南方地区的冰冻灾害，使南方电网遭受了有史以来最为严重的破坏。据统计，湖南电网14条500kV、44 条220kV 和121条110 kV线路停运；江西电网17条500kV、57条220kV和168条110kV线路停运；浙江电网23条500 kV、21条220 kV和14条110kV线路停运。雪灾造成国家电网直接经济损失104.5亿元，灾后电网恢复重建和改造需要投入资金390亿元。 导线覆冰舞动是输电线路覆冰灾害之一。导线覆冰后，形成非圆形界面，在风的激励下产生低频、大幅振动，并极易与铁塔形成塔-线藕联体系，放大舞动效应。长时间的舞动导致杆塔、绝缘子、导线及金具受到异常不平衡冲击而疲劳损伤，以及造成导线相间和相对地闪络，严重威胁电网的安全运行。有必要就导线覆冰舞动的原因进行分析并探索经济、有效的措施防御导线覆冰舞动，减少高压架空线路的覆冰损害。 1．导线覆冰舞动的原因 导线覆冰形成的原因是过冷却的冻雨在自重与风的作用下滴落到温度为0 ℃以下的导线上时，冻结成冰凌，附着在导线表面，并不断积累，形成覆冰。由于冻雨自重与风的相互作用，覆冰首先在迎风向导线斜上表面形成并发展，如图1 中“1”位置所示，随着覆冰的积累，当导线的抗扭刚度不足以抵抗覆冰偏心对导线截面形心引起的弯矩时，导线发生扭转，使导线表面的覆冰趋向均匀，如图1（a）所示；如导线的抗扭刚度较大时，如大截面导线和分裂导线，不均匀覆冰的自重不足以使导线扭转，或使导线发生扭转的角度较小时，导线表面覆冰不均匀的现象较为突出，简化为如图1（b）所示模型。 下面以LGJ400 导线（D=27.63mm）为例分析不均匀覆冰导线舞动的启动条件。假设均匀覆冰时厚度为10mm，将导线不均匀覆冰的截面形状简化为半椭圆状，椭圆的短直径b与导线截面半径相等，覆冰迎风面积简化为过m点的切面，切面与水平面的夹角为45°，切面的宽度与覆冰截面的长半径a相等，如图1（b）所示。 根据覆冰截面积与均匀覆冰时相等可得切面的宽度为：