架空输电线路多分裂导线气动尾流效应及次档距振荡非线性机理研究

Sub-span oscillation on conductors in transmission lines is a typical wake-induced vibration phenomenon for the flexible structure with a large length to diameter ratio under the strong wind action. It has become a major disaster to the safe and stable operation of transmission lines. But the sub-span oscillation mechanism and the influence factors have not been fully resolved, which causes that the existing prevention and control methods still rely mainly on the engineering experiences. Our preliminary research results show that the factors influencing the sub-span oscillation are complex and the oscillation presents rich nonlinear dynamic characteristics. And the oscillation mechanism can be further revealed by using the bifurcation theory. So this study will carry out the basic theory research on the aerodynamic load in the wake, the nonlinear mechanism of the sub-span oscillation and the dominant influence parameters for the bundled conductors in the transmission lines. The effect of the surface shape, Reynolds number and the unsteady condition to the wake characteristics will be studied by the wind tunnel test. A nonlinear continuum model will be proposed to analyze the sub-span oscillation. And stability condition, bifurcation and dominant influence parameters will be studied by using the nonlinear dynamic methods based on the multi-degree-of-freedom model for the sub-span oscillation. This study will have an important theoretical significance to further reveal the wake-induced mechanism for the slender flexible structures. At the some time, the results obtained by this study will provide a strong technical support to the anti-sub-span-oscillation applications in the actual engineering.

导线次档距振荡属于大风条件引起的细长柔性结构尾流激振现象，已经成为危害输电线路安全稳定运行的一种主要灾害形式。目前对于次档距振荡的防治还主要停留在工程经验阶段，相应的振动机理及主导影响参数特性还未得到完全解决。我们的前期研究结果表明，导线次档距振荡现象影响因素复杂，表现出丰富的非线性特性，进一步揭示起振条件和非线性振动特性是次档距振荡机理研究的关键问题。本项目拟在多分裂导线气动尾流效应、非线性激振机理及主导影响参数特性方面开展基础理论研究工作，分析外截面形状、雷诺数、导线布置及非稳态条件对分裂导线气动尾流特性的影响，研究建立同时考虑迎风侧和被风侧子导线的次档距振荡多自由度模型，研究分裂导线次档距振荡多自由度系统的稳定性条件、分岔特性及主导参数的特征。本项目的实施对深入揭示细长柔性结构物尾流激振机理具有重要的理论意义，同时为输电线路防次档距振荡灾害的工程应用提供有力的技术支持。

导线次档距振荡属于大风条件引起的细长柔性结构尾流激振现象，已成为危害输电线路安全稳定运行的一种主要灾害形式。次档距振荡机理和影响因素复杂，揭示起振条件和非线性振动特性是次档距振荡机理研究的关键问题。本项目研究了多分裂导线气动尾流效应、非线性激振机理及主导参数影响规律，为输电线路防次档距振荡灾害的工程应用提供有力的技术支持，同时为深入揭示细长柔性结构物尾流激振机理具有重要的理论意义。研究得到的主要结论如下：.1、形成了目前国内外最系统全面的导线气动参数数据库。.研制了动态耦合作用下气动参数的试验装置，建立了导线运动耦合作用下气动参数试验方法，获得了导线尾流场气动参数；建立了精确的气动载荷表达式，解决了导线气动载荷准确建模的难题；掌握了多分裂导线尾流场气动特性，进一步揭示了流场参数和结构参数对气动参数的影响规律，为分裂导线次档距振荡的理论建模提供载荷模型。.2、建立了分裂导线次档距振荡非线性振动分析理论体系。.提出了导线次档距振荡非线性多自由度耦合模型，模型考虑了几何非线性、载荷非线性、初始张力及子导线之间的影响，可更精确有效地分析分裂导线次档距振荡的非线性本质，可进一步推进导线风致振动理论的突破和发展；提出了两状态变量分岔系统的转迁集、分岔集、滞后集和双极限点集的计算方法，建立了基于两变量系统的主导影响参数特性分析方法，首次获得分裂导线次档距振荡的失稳参数域，实现了由单参数影响分析向双参数影响分析的提升，获取了实际物理参数对次档距振荡起振条件的影响规律，对实际工程中次档距振荡有效防治具有重要的理论指导意义。.3、建立了分裂导线次档距振荡防治技术体系。.提出了多分裂导线次档距优化取值方法，规范了分裂导线分裂间距取值条件；提出了阻尼增强型N/2（N为子导线数）间隔棒次档距振荡防治装置的原理，研制出阻尼增强型三分裂间隔棒，可降低次档距振动幅值80%以上，解决了次档距振荡极端严重地区的防治难题。