Введение к работе
Актуальность работы. !лтенснгкое строительство линий электропередачи високих напряжения, связанное с созданием крупній энергосистем и их объединен!!?, Бццгкгает на первый план проблему обеспечения надежной и устойчивой работ» этих сооружений.
С точки зрения повышения механической прочноепт линии, необходимо :г,теть гтечорггнваотую i-nrtopr.ranip о колебаниях проводов под действием ветра, образона'лдтхол на проводах отло^шші* снега, гололеда it т.д.
Характерним! типами колебании одиночных проводов являются колебания с мачілга амплитуда?. около лололегаг1 равновесия и колебания с большим! амплитудам порядка стрел» начального провисания - пляска.
Повышение напряжений воэдутлшх ЛЗІТ прочло к необхо;иг*ости расцепления кашюн1 фазы на несколько состптшчечих /до 8 и более D каждой фазе но линиях улътрлв;.ч?охого напрякенил ТІ^О к'З/.
Положении проводов и фазо фиксируются установкой лн\'трпфа-зных дистанционных распорок различных типов. При огом возникает колебания проводов в промежутках между распоркллти, т.е. и под -пролетах, обусловленные азродіпізг/ическчч взлиг,-'7іе:іотві'о',' гыого-дсп, расположенных тандемом, п по'здушоч потоке - оубкоте^агпч.
При определенных условиях неротещеядя липи: центров масс поперечній сечении фазы иного больше взаимных псрсоїлонлії оос-тавляю"іііх проводов. Такие двилепия будем называть лвиленннми фази в целом.
С точки зрения псулестапептгя "нанлучяего поведения" /съ-иол этой герданологии раскрывается нлг.е/ раедепленнои фази при Петрових воздействиях болішое зггзчеігнс имеет выбор кон'гнгупащят (friiv, т.е. определенного раепгло.чошя проводов пуччл » пространстве, расстановки распорок, гпурпиі; із проводах фази п т.д.
''"--стиг: несколько нроблг.', актуальності- которых не гиакппят сомченн;;.
Т. Р ноп»'атшчкч" литературе ке учитывается влияние стрелы начального провисання і'а частоти оебстяеїтк'х к^лсбанн;', которые р«чнслг»тгоя по соотве?оп'в\":''іін?" 'форт-улам для нрч^олнчг'.аіоі! струпи; по отим величина!." нострпнвагтся гасптпп колебагип.
''-"', ''pi! расовоїpdhi-Ti расцепление;', :авы /в дтлпіеііпе:/: -р'>/ к'1". chotcvu провода-распорки чрезвычайно слпяно учитывать
взаимодействия проводов через распорки. О таком взаимодействия судят только на основании численного нкспернкента.
3 . Хорошо кзеєстнк методики испытаний распорок на статическую прочность. Однако нет надежных методик оценки диссипаги-вних свойств узлов распорки при колебаниях прОЕодов.
Кроме того, методики экспериментов по исследованию колебаний проводов в подпролетах, Описанные в иностранных источниках, весьма сложны п требугт использования приборов высокой сгопмос-ти, котор'-га отечественное исследователи не располагают.
4. При развитии субколсбаний, когда линия центров масс поперечних сеченпЕ Р5 остается еще неподвижной, дзесиппругаая ролі, распорок становится решалцей. Если известны соответствую -щяе сроГстеп узлов распорок, то возникает вопрос, как распело -яить распорки по пролету, чтсбн воздействие распорок на провод бь'ло бьт "наплуллим" в смысле мг.ксимязашта величины логарифми -чесного декретснта колебаний.
5. Отмечаемые в последнее время па воздушных линиях движения" К: в чолом, по нашему мнению, пока не являлись предметом серьезного теоретического исследовашш.
г>. используемое в качестве условия готски неравенство Глауэрта - Лен-Гартога, в основном, првилыга отражает механизм розниттнегення пляехп. Однако в экспериментах наблюдается устой-''чгос "залаздотание" условия Ден-Гартога: при испытании профилен в аэродинамической трубе при определенных углах атакп амплитуда колебатпіп центра масс модели начинает интенсивно возрастать в то время, как условие неустойчивости не выполняется.
Погшткп усовершенствования этого условия были до последнего в осени безуспешными.
7. При обтекании воздушном потоком слояной конструкции, каковою является расщепленная фаза проводов, актуальним становится вопрос о вычислении аэродинамических /хотя бы стационарных*/ коэффициентов конструкции.
Пет методик, которые позволяли бы пазначать величніш аэродинамических коэффициентов без проведения каждый раз дорогостоящих экспериментов.
8. Не разработаны вопросы об оценках аэродинамической устойчивости положений равновесия Р1>, в т.ч. - об оценке устой -чивости монтажного положения фази.
9 . В специальной литературе і посвященной проектированию РФ, основное внимание традиционно^уделяется поискам конфигура-щш фазы, удовлетворяющей требованиям повышения пропускной способности воздушной линии.
Не разработаны такие важные вопросы, как оценка влияния конфигурация (азы гга ее механическое поведение: типи колебательных движений, аэродинамическая устойчивость положений" равновесия.
10 . Наконец, весьгла актуальна постановка вопроса о разработке целостной системі проектирования расщепленной (разы дал компактных ЛЭ11.
Тематика, по которой выполнялись изложенные с диссертации исследования,систематическя включается в перечень важнеіззгх работ Минэнерго: в 1984-08 тт. - под названием "Разработка распорок повышенной надежности для БЛ 500- 1150 кВ", те.-.-а Ш1С; в 1937-91 гг. работы по данной проблеме выполнялись г. ра;л;пх Межвузовской научно-технической програігам "Экономия атектроэнергии" В 1992-93 гг. - по проекту "Разработка конструкции расцепленной фавн для компактных лшшй электропередачи" /гргшт министерства Науки и Высшей школы России/.
Цель работы. Расцепленная фаза проводов воздушных линий является сложной системой провода-распорки.
Для обеспечения надежной работы механической части РЇ необходимо:
иметь полную информацию о движениях гак отдельных проводов в фазе, так и всей фазы в целом;
знать механические характеристики дистанционных распорок;
оптимально /см, гл. 3/ расставлять распорки по пролету;
оценить еще на стадии проектирования возможные движения всей РФ в зависимости от конфигурации ее поперечных сечений;
выбрать конфигурацию РФ, обеспечивающую аэродинамичеокуи устойчивость конструкции;
для выбранной конфигурации фазы обеспечить наибольший запас аэродинамической устойчивости ее монтажного положения;
увязать требования повышения пропускной способности ВЛ с "оптимальностью" механического поведения расщепленных фая.
С этой целью в диссертации: I/ Строятся линейные теории колебаний одиночного пронода,
- б -
проводов в расщепленной Фазе и расщепленной фазы в целом, что включает в себя разработку вопросов:
построение кинематических соотношений перемещения-деформации;
вывод уравнений движения как одиночного провода, так и проводов в РЕ с учетом изгибной и крутильной жесткостей и стрелы начального провисания провода;
вывод уравнений движения РФ в целом как эквивалентной нити,, сохраняющей основные свойства исходной расщепленной фазы;
- построение математических моделей взаимодействия распорки-гасителя с колеблю-димся проводом, а также совместных колебаний участков провода в соседних подпролетах;
создание методик экспериментальных исследований свойств . распорок, методик оценки характеристик демпфирования узлов распорки;.
проверку достоверности предложенных механических моделей сравнением с экспериментальными данными.
2/ Исследуется механизм возникновения пляски как неустой -чивости положений равновесия модели провода по Ляпунову при неравных ігулю скоростях ветра;
экспериментально проверяется гипотеза об аддитивности аэродинамических характеристик РФ как системы плохообтекаемых профилей, аэродинамически взаимодействующих в потоке воздуха;
на этой основе предлагается методика оценки аэродинамической устойчивости положений равновесия Р5 любой конфигурации.
3/ Выдвигается идея построения системы проектирования расцепленной фазы, конструкция которой отвечает требованиям надет,-пости по электродинамическим, механическим, а также аэродинамическим параметрам.
Научная новизна.
В диссертации построены линейные теории:
малых колебаний одиночного провода с .учетом его жесткостей па растяжение, изгиб, кручение и стрелы начального провисания;
малых колебаний проводов в растепленной фазе при тех хс предположениях;
колебаний провода в подпролетах фазн и его взаимодействия с демпфирулцими узлами распорок;
колебаний П в целом как некоторой нити, наделенной жес-ткоотями на растяжение и кручение.
-7- f
Разработана применительно к изучению субколебаний методика экспериментальных исследований свободных колебаний проводов RD и методика сравнительных оценок дсмгфируїгаїей способности узлов распорок-гаептелей. Проведена серил экспериментов, результаты которых подтвердили предположения, положенные в основу построе -.шет соответствущнх линейных механических моделей.
Лается точный вывод условия неустойчивости, являющегося обобщением известного условия Ден-Гартога.
Экспериментально подтверждена гипотеза об аддитивности аэ -ро.щгаамических характеристик РФ и построена методика оценки устойчивости положений равновесия фазы во всем возможной интер -вале углов атаки фазы.
Введено понятие о запасе аэродинамической устойчивости ргс-щеплетюй фазы и даны рекомендации по повышению устойчивости монталных положений РФ._
На защиту выносятся следующие основные положения:
кинематические соотношения и уравнения движения одиночного провода и проводов РФ при малых колебаїшях;
методика вычисления собственных частот при учете стрелы начального провисания провода;
условие, определяющее границы применимости линейного подхода;
методика исследования взаимодействия проводов в ТЧ> при малых колебаниях в зависимости от' ориентации фази;
методика п результаты экспериментального наследования суб -колебаний провода;
экспериментально-теоретическая методиіса оценки демпфирую -щих свойств узлов распорки кшс упруго-вязких элементов;
методика расстановки распорок в пролете PJ, позволяющая усилить демпфирунцие свойства системы провода-росиорки;
уравнения движения и результаты исследования влияния конфигурации фазы на характер ее движений в целом как эквивалентной нити, методика выбора "наилучшей" конфигурации PJ;
условие аэродинамической неустойчивости положений равнове -сип провода, экспериментальная проверка этого уелопил;
гипотеза об аддитивности аэродинамических характеристик ГО как системы шгохообтекаемнх профилей и методика вычисления аэродинамических коэффициентов, соответствулций эксперимент;
рекомендации по повышения аэродинамической устойчивости Pi р ветровом потоке;
- методика построения спстеїга проектирования РФ, аэродинами
чески устойчивых и удовлетворяющих требованиям по электрическшл
и мехзшгческим параметрам.
Практическая ценность диссертационной работы связана с ее прикладной ориентацией.
Разработаны методики: .
вычисления собственных частот колебаний одиночного провода в зависимости от стрелы начального провисания;
вычисления собственных частот п коэффициентов затухания колебаний провода в подпролетах;
расстановки шг/тркфазных распорок в пролете фазы;,'
сравнительного анализа поведения расщепленных фаз в зависимости от их конфигураций;
оценки аэродинамической устойчивости РФ.
На основе разработанных линейных моделей субколебаний, взаимодействия провода с узлом распорки,, методик оценки демпфирую -щих свойств узлов распорок в МО СКТБ "Союззлектросетьизоляция'* разработаны оригинальные конструкции демпфирующих узлов для распорок-гасителей, которые обеспечивают снижение амплитуд субколебаний и вибраций в условиях реальных ветровых воздействий.
Реализация результатов работы.
Отдельные результаты работы внедрены в институтах КазНИИЭ, КпргПТОЭ, ПО "Союзтехэнерго", МО СКТБ "Союзэлекгросетьизоляцня", mi-тє Энергетики АН Молдовы, Белорусском политехническом ин-те, МЭИ /акты о внедрении. Приложение/.
Публикации.
Отдельные результата и вся работа докладывались на Всесоюзных конферешшях и совещаниях, семинарах:
Всесоюзное научно-тсхн. совещание "Высокогорные линии электропередачи", П-10 септ. 1986, г. Фрунзе;
IX Всесоюзная научная конф. "Моделирование электроэнергетических систем", 26-28 апреля 1987, г. Рига;
Всесоюзное нпучно-техн. совещание "Нормирование ветровых нагрузок и расчет зданий, ЛЭП и др. сооружений па действие вет -pa", ІТ-І4 окт. ІР89, г. Фрунзе;
научно-техн. конференции профессорско-нрен. состава Бело -русского политехи, ин-та /БПЯ/, февраль 1989, 90 гг.;
і
X научная конференция "Моделирование электрознергетичес -ких систем" , 15-17 окт. 1991, ij. Каунас;
МТУ - кафедра динаимки машин, апрель 1990 г.;
МГУ - кафедра теории пластичности,-июнь 1990, март 1992 г.;
ЕЛИ - кафедра Электрические станции, март 1992 г.;
'. - Тверской политехнический ші-т - кафедра теории пластичности, упругости-и сопротивления материалов, мзрт 1992 г.;
МЭИ - семинар СНГ по проблемам электроэнергетики "Кибернети ка электрических систем"', мак Т992 v.;
ЦДГИ им. Н.Е.Яуковского - отдел промышленной аэродинамики, толь 1992 г. . ..;'
Результаты опубликованы в 17 печатных работах /статьи в журналах, тезисы доісладов на конф./ , 4 авторских свадетелъствах.
Личный вклад состоит в разработке математических моделей, постановке задач и их решении, построении теории, постановке и проведении экспериментов , в научном руководстве работами по обсуждаемым проблемам.
Структура и объем работы.
