【精彩论文】覆冰导线舞动方程的建立及求解策略

观点凝练

摘要：架空导线的覆冰舞动是导致线路跳闸的重要因素，严重威胁着电力系统运行的安全性与稳定性，如何准确地描述其位移与频率的舞动规律就成为亟待解决的问题。基于拉格朗日原理建立了包括垂直、水平以及扭转的3自由度的舞动运动方程，使用模态摄动法描述导线舞动时各微元的相对位置关系，考虑到覆冰导线大幅舞动的几何非线性，使用Newmark-β法结合Newton-Raphson迭代求解覆冰导线舞动运动方程，并提出了有效的求解算法。由算例获得的舞动位移幅值及频率的数值解与实测值较为接近，从而证明了模型及算法的有效性。研究表明：覆冰导线舞动是一种以垂直运动为主的自激振动，其舞动频率十分接近于覆冰导线体系垂直振动的固有频率。在覆冰导线舞动的应变模型与气动力系数处理上有较大改进，且使用模态摄动法大大减少了计算量并提高了舞动位移的计算精度，从而为准确估计因舞动导致的线路跳闸概率计算奠定了良好的基础。
结论：本文基于拉格朗日原理，考虑3个自由度之间的耦合推导出了覆冰导线的舞动运动方程，并提出了有效的求解算法。由本文所构建的模型及算法，计算结果与舞动实测值较为接近，且相对于对比方法明显提升了覆冰导线舞动幅值仿真精度。本文研究表明，覆冰导线舞动是一种以垂直运动为主的自激振动，其舞动频率十分接近于覆冰导线体系垂直振动的固有频率。本文所构建的覆冰导线舞动改进方程及求解算法的主要有如下创新点。

（1）在建模的过程中使用模态摄动法，大大简化了模型和降低了计算量；

（2）以变形的覆冰导线几何相容性为基础得到导线的应变模型，提高了计算精度；

（3）采用高阶傅立叶逼近来拟合气动曲线并获得了较好的相关性，减少了气动曲线局部波动的误差。基于以上改进方法所得到的舞动运动方程具有计算快、精度高、使用方便的优点，从而为准确估计因舞动导致的覆冰线路跳闸概率，奠定了良好的基础。

引文信息

刘辉, 马增泰, 林济铿. 覆冰导线舞动方程的建立及求解策略[J]. 中国电力, 2021, 54(7): 67-75.LIU Hui, MA Zengtai, LIN Jikeng. Establishment and solution strategy of galloping equation of iced conductors[J]. Electric Power, 2021, 54(7): 67-75.

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编辑：于静茹审核：方彤

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