本发明涉及一种分裂导线微风振动确定方法，更具体涉及一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法。
背景技术：
：：改革开放以来，我国电力工业快速发展。特别是近年来，随着用电需求的持续高速增长，电力发展速度进一步加快。电力工业是关系国计民生的基础产业。优化能源资源配置，保障国家能源安全，为国民经济和社会发展提供优质、可靠的电力供应，是电力工业服务于构建社会主义和谐社会的重要使命。架空输电线路分裂导线在自然风的作用下容易诱发多种形式的振动，其中，微风振动是一种最为常见的振动形式，具有振幅小、频率高、持续时间长等特点。长期的微风振动容易导致导线疲劳断股、金具损伤，甚至发生断线等重大事故，严重威胁线路的安全运行，必须采取有效措施加以防治。对于分裂导线而言，通常通过安装防振锤、间隔棒、阻尼线等防振装置来降低导线的微风振动水平。传统的微风振动计算采用折减系数法处理间隔棒对导线微风振动的抑制作用，即将单导线状态下的振动水平按分裂数的不同乘以1/3-1/6不等的折减系数来等效相对应的分裂导线的振动水平。该方法虽然能够满足工程计算的需要，但计算的精确性不高，需要深入考虑间隔棒的阻尼作用，提高分裂导线微风振动计算的准确性。本专利基于间隔棒线夹阻尼参数计算分析和试验研究，结合间隔棒平均次档距计算方法，将间隔真实阻尼施加于分裂导线的合适位置，最后利用有限元方法实现分裂导线微风振动的求解，从而确定分裂导线微风振动水平，为线路的防振设计提供参考。技术实现要素：：本发明的目的是提供一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述方法能够弥补基于传统折减系数法求解分裂导线微风振动的不足。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，包括以下步骤：(1)确定间隔棒的线夹阻尼参数；(2)确定间隔棒平均次档距；(3)确定间隔棒个数及安装位置；(4)进行分裂导线微风振动有限元计算。本发明提供的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述步骤(1)中的间隔棒的线夹阻尼参数通过试验确定间隔棒的线夹夹头的对数衰减率δ，从而确定阻尼参数。本发明提供的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述试验包括以下步骤：将被测间隔棒的本体刚性地固定在试验支架上，在间隔棒的线夹处施加配重；在所述线夹上设置加速度传感器，并通过数据采集系统记录线夹自由衰减振动的位移变化曲线；沿着间隔棒的线夹转动圆周的方向施加切向力，使得线夹转动到极限位置，停留一分钟，突然释放，使得线夹自由振动。本发明提供的另一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述支架使得间隔棒与地面连为一体；所施加的配重须使得间隔棒线夹的自振频率为1～2Hz。本发明提供的再一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述对数衰减率δ通过下式确定：δ=ln[12(Y1Y3+Y2Y4)]---(1)]]>所述阻尼参数ζ通过下式确定：ζ=δ4π2+δ2---(2).]]>本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述步骤(2)中的平均次档距通过最大次档距的1.1-1.2倍确定。本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述最大次档距通过下式确定：2X0=0.0248lVa/DT[2.56EDlV+1-0.487a/DTW]---(3)]]>其中，2X0：次档距振动振幅，单位为米；l：间隔棒间隔，单位为米；V：风速，单位为米/秒；a：子导线间距，单位为米；D：子导线外径，单位为米；T：子导线张力，单位为千克力，W：子导线重量，单位为千克/米；E：单个周期内的振幅衰减率，取0.05-0.1。本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述步骤(3)中的间隔棒个数通过下式确定：N=[LS]+1ifmod(L,S)≥0.5[LS]ifmod(L,S)<0.5---(4)]]>式中，N为间隔棒个数，L为档距长度，S为平均次档距；以所计算的档距中点为中心，左右两边对称地将间隔棒布置在分裂导线上，相邻间隔棒间的距离为平均次档距。本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述步骤(4)中的确定过程包括以下步骤：确定有限元离散及单元；求解运动方程；分析振动频谱。本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，有限元计算的矩阵常微分方程如下：Ma··+Ca·+Ka=Q---(5)]]>其中：质量矩阵M＝∫VNTρNdV；阻尼矩阵C＝∫VNTμNdV；刚度矩阵K＝∫VBTDBdV；外力向量a分别为节点的加速度向量、速度向量、位移向量；N为单元形函数矩阵；NT为单元形函数矩阵的转置矩阵；ρ为单元材料密度；η为阻尼系数；BT为应变矩阵的转置矩阵；D为弹性矩阵，表示应力应变关系；B应变矩阵，表示应变位移关系；fi为单元上作用的体积力；T为单元里边界上作用的分布力；V为整个计算域；Sσ为整个计算域的力作用边界；在动力计算中，质量矩阵采用集中质量法，提高计算速度；导线计算采用梁单元，对于线性梁单元质量矩阵为Me=m2110110---(6)]]>对于单元阻尼矩阵，采用瑞利阻尼，即Ce＝αMe+βKe(7)即假定阻尼是刚度矩阵和质量矩阵的线性组合；在输电线路微风振动计算中，采用试验实测法将阻尼结果等效为粘性阻尼；；m为单元的质量；α、β为瑞利阻尼系数；导线线性梁单元的通用刚度矩阵为K=EAL-EAL12EIzL36EIzL2-12EIzL36EIzL26EIzL24EIzL-6EIzL22EIzL2-EALEAL-12EIzL3-6EIzL212EIzL3-6EIzL26EIzL22EIzL2-6EIzL24EIzL---(8)]]>E为弹性模量；L为单元长度；A为单元截面积；Iz为单元截面惯性矩；本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述运动方程求解包括直接积分法和振型叠加法；所述直接积分法直接对方程积分求解；选用Newmark直接积分法，用于做瞬态分析；所述振型叠加法利用线性结构系统的固有振型解耦方程组，分别求解各个方程，叠加得到最终解。本发明提供的又一优选的一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，所述分析振动频谱是在给定功率的固有频率的简谐振动荷载激励下，计算稳态振动时各个测点的幅值及相位，最终用于输电线路系统的平衡点振动参数的计算；整个频谱分析过程发生在频域；所述频谱分析也称为模态频响计算；导线微风振动的运动方程为[M]{x··}+[C]{x·}+[K]{x}={P(ω)}eiωt---(9)]]>计算在频域进行，设物理响应其中{ξ(ω)}为模态坐标，求解解耦方程：质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵变换后都化为对角矩阵，故：(-ω2mi+iωci+ki)ξi(ω)=pi(ω)=(-ω2mi+iωci+ωi2mi)ξi(ω)]]>即ξi(ω)=pi(ω)(ωi2-ω2)mi+iωci---(11)]]>其中，其中，x简谐运动的加速度向量、速度向量、位移向量；{ξ(ω)}为模态坐标向量；为特征向量矩阵；[M]、[C]、[K]、{P}分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、荷载向量；ω、ωi分别为外荷载频率、第i个模态频率；mi、ci、ki、pi为解耦后的第i个方程的系数；同时考虑间隔棒的质量及阻尼，取间隔棒的一个线夹的实测阻尼，施加到分裂导线的连接结点上；同时将平均间隔棒的质量分别附加到各根子导线的相应连接结点上；将式(11)回代入物理响应公式即得出微风振动的位移参量。和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果1、本发明的方法提高了分裂导线微风振动计算的精确性；2、本发明的方法为线路的防振设计提供参考；3、本发明的方法能够弥补基于传统折减系数法求解分裂导线微风振动的不足；4、本发明的方法有效预防发生断线等重大事故，保证输电线路的安全运行；5、本发明的方法为国民经济和社会发展提供优质、可靠的电力供应。附图说明图1为本发明方法的间隔棒线夹自由衰减振动位移变化曲线图；图2为本发明方法流程图。具体实施方式下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。实施例1：如图1-2所示，本例的发明提供一种考虑间隔棒阻尼参数的分裂导线微风振动确定方法，包括以下步骤：1.间隔棒线夹阻尼参数确定间隔棒线夹的阻尼参数可以通过试验确定，试验方法如下。将被测间隔棒的本体刚性地固定在试验支架上，在间隔棒线夹处施加一定的配重。沿着间隔棒线夹转动圆周的方向施加切向力，使得线夹转动到极限位置，停留一分钟，然后突然释放，使得线夹自由振动。在线夹上安装加速度传感器，通过数据采集系统记录线夹自由衰减振动的位移变化曲线，示例如图1所示。所述支架为普通起到固定作用的架子。令图1中点1、2、3、4对应的位移值分别为Y1、Y2、Y3、Y4，则间隔棒夹头的对数衰减率δ可由式(1)计算。δ=ln[12(Y1Y3+Y2Y4)]---(1)]]>阻尼参数ζ可有式(2)计算。ζ=δ4π2+δ2---(2).]]>2.间隔棒平均次档距的计算根据工程运行经验，最大次档距约为平均次档距的1.1-1.2倍。因此，求得最大次档距即可得出平均次档距。最大次档距的计算主要考虑子导线振幅限制条件的要求。发生次档距振荡时子导线的振幅一般要求小于子导线间距的二分之一，以避免子导线振荡时发生碰撞。子导线振幅限制条件下的最大次档距由式(3)确定。2X0=0.0248lVa/DT[2.56EDlV+1-0.487a/DTW]---(3)]]>其中，2X0：次档距振动振幅(m)，l：间隔棒间隔(m)V：风速(m/s)，a：子导线间距(m)，D：子导线外径(m)，T：子导线张力(kgf)，W：子导线重量(kg/m)，E：单个周期内的振幅衰减率，取0.05-0.1。3.间隔棒个数及安装位置的确定间隔棒个数由平均次档距决定。端次档距一般只有中间次档距的一半左右，因此把端部次档距算半个次档距，其他次档距算一个次档距。若档距长为L，平均次档距为S，间隔棒的个数为N，其关系为：N=[LS]+1ifmod(L,S)≥0.5[LS]ifmod(L,S)<0.5---(4)]]>式中，N为间隔棒个数，L为档距长度，S为平均次档距。为便于分裂导线振动特性的计算，可按上式计算的间隔棒个数，以计算档距中点为中心，左右两边对称地将间隔棒布置在分裂导线上。4.分裂导线微风振动有限元计算(1)有限元离散及单元计算有限单元法的基本思想是以一个离散的有限自由度空间去逼近一个连续的无限自由度空间。具体是将连续体划分为有限个自由度相连接的小单元，以利用各个单元内的近似函数来分片逼近全求解域上的未知场函数。有限元计算的矩阵常微分方程如下。Ma··+Ca·+Ka=Q---(5)]]>其中：质量矩阵M＝∫VNTρNdV阻尼矩阵C＝∫VNTμNdV刚度矩阵K＝∫VBTDBdV外力向量Q=∫VNTfidV+∫SσNTT‾dS]]>在动力计算中，质量矩阵通常采用集中质量方法，提高计算速度。导线计算可采用梁单元，对于线性梁单元质量矩阵为Me=m2110110---(6)]]>对于单元阻尼矩阵，由于在实际工程中，阻尼效应相对比较复杂，通常采用瑞利阻尼，即Ce＝αMe+βKe(7)也即假定阻尼是刚度矩阵和质量矩阵的某种线性组合。在输电线路微风振动计算中，我们也可以采用试验实测方法将阻尼结果等效为粘性阻尼。导线线性梁单元的通用刚度矩阵为K=EAL-EAL12EIzL36EIzL2-12EIzL36EIzL26EIzL24EIzL-6EIzL22EIzL2-EALEAL-12EIzL3-6EIzL212EIzL3-6EIzL26EIzL22EIzL2-6EIzL24EIzL---(8)]]>(2)运动方程的解法运动方程为二阶常微分方程组，在有限元动力分析中求解方法通常分为直接积分法和振型叠加法两大类。直接积分法不需要对运动方程做特殊变换，直接对方程积分求解即可,但是一般有时间步长限制，当前的实现方法选用Newmark直接积分法，用于做瞬态分析。振型叠加法需要利用系统的固有振型解耦方程组，然后分别求解各个方程，然后然后代回方程得到最终解。(3)振动频谱分析导线微风振动的运动方程为[M]{x··}+[C]{x·}+[K]{x}={P(ω)}eiωt---(9)]]>该分析的目的是，在给定功率的某固有频率的简谐振动荷载激励下，计算稳态振动时各个测点的幅值及相位，最终用于输电线路系统的平衡点振动参数的计算。整个频谱分析计算过程发生在频域。在这里频谱分析也可称为模态频响计算。计算在频域进行，设物理响应其中{ξ(ω)}为模态坐标，可以求解解耦方程：一般而言，质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵变换后都可以化为对角矩阵。所以有(-ω2mi+iωci+ki)ξi(ω)=pi(ω)=(-ω2mi+iωci+ωi2mi)ξi(ω)]]>即ξi(ω)=pi(ω)(ωi2-ω2)mi+iωci---(11)]]>同时考虑间隔棒的质量及阻尼，取间隔棒的一个线夹的实测阻尼，施加到分裂导线的连接结点上。同时平均间隔棒的质量，分别附加到各根子导线的相应连接结点上。最后将(11)回代入物理响应公式即可得出微风振动的位移参量。有限元计算基本流程：输入数据：结点、单元、方程号、载荷工况、求解要求评估处理：根据离散规模，评估计算需要的内存空间及资源、计算邻接矩阵计算单元：质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、单元向量单元组装：将所有的单元矩阵及向量根据邻接矩阵组装边界处理：施加位移约束和边界载荷整体求解：根据求解类型对整体矩阵求解，得到基本未知量或特征对回代过程：对整体矩阵的解做处理，计算导出物理量或做特殊变换输出结果：将需要计算的物理量输出到文件保存最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页1 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