胡鑫 王璋奇 田瑞

摘要：絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度可以展現(xiàn)風(fēng)偏擺動(dòng)幅值隨設(shè)計(jì)參數(shù)的變化規(guī)律，有利于設(shè)計(jì)人員的理解和使用。為探究絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度特性，通過導(dǎo)線擺動(dòng)固有頻率不變?cè)瓌t提出能充分表征架空線路風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線等效模型，建立了絕緣子串和架空導(dǎo)線耦合風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的兩自由度動(dòng)力學(xué)模型;以幅頻特性曲線與脈動(dòng)風(fēng)速譜各自峰值為切入點(diǎn)，運(yùn)用風(fēng)偏響應(yīng)均方值分析了絕緣子串風(fēng)偏幅值對(duì)線路結(jié)構(gòu)和風(fēng)速的敏感度，提出了動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感風(fēng)速的表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn)：絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)均方值與線路垂平比呈正比例關(guān)系，平均風(fēng)速為敏感風(fēng)速時(shí)絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)最為劇烈，架空線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地選擇線路結(jié)構(gòu)使絕緣子串風(fēng)偏敏感風(fēng)速避開當(dāng)?shù)氐淖吭斤L(fēng)速，從而降低線路發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)的可能性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)偏計(jì)算模型;架空線路;幅頻特性;輸出譜;敏感度

中圖分類號(hào)：TU312+.1;TM751

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：10044523（ 2022）01-0131-09

DOI： 10.1638 5/j .cnki.issn.10044523.2022.01.014

引 言

隨著電網(wǎng)建設(shè)擴(kuò)大，架空線路通過復(fù)雜地形與惡劣天氣地區(qū)日益增多，大風(fēng)氣象對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響也愈加顯著[1]。架空線路在大風(fēng)載荷作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)，懸垂絕緣子串偏離垂直位置并產(chǎn)生擺動(dòng)，在此過程中，當(dāng)風(fēng)偏角超過線路設(shè)計(jì)的允許風(fēng)偏角時(shí)，會(huì)引發(fā)風(fēng)偏閃絡(luò)事故，嚴(yán)重危害著輸電線路的正常運(yùn)行。為此，研究架空線路絕緣子串的風(fēng)偏計(jì)算方法與響應(yīng)特性，從而合理地設(shè)計(jì)架空線路，是架空線路風(fēng)偏防治工作的首要內(nèi)容。

目前，絕緣子串風(fēng)偏計(jì)算方法研究已趨于成熟，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別通過靜力學(xué)[2-4]與動(dòng)力學(xué)[5-7]分析方法，從大風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模擬[8-9]與架空線路模型[10-11]人手，建立了有效的絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算方法，為架空線路防風(fēng)偏設(shè)計(jì)提供了理論支持。

然而，相對(duì)于風(fēng)偏角計(jì)算方法的研究，絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)特性研究還有待深入。文獻(xiàn)[12]運(yùn)用傳統(tǒng)靜力學(xué)分析方法研究了絕緣子串在平均風(fēng)速作用下的風(fēng)偏響應(yīng)特性，通過數(shù)學(xué)表達(dá)式直觀地展現(xiàn)了風(fēng)偏角均值與平均風(fēng)速、導(dǎo)線質(zhì)量的比例關(guān)系。閔絢等[13]通過建立架空線路有限元數(shù)值模型，將不同的來流風(fēng)速與線路結(jié)構(gòu)參數(shù)逐一代人并進(jìn)行計(jì)算，研究了絕緣子串風(fēng)偏角統(tǒng)計(jì)值的參變響應(yīng)特性。上述研究在一定程度上反映了絕緣子串風(fēng)偏角與來流風(fēng)速、架空線路結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)參數(shù)的變化關(guān)系，有利于工程人員在架空線路防風(fēng)偏設(shè)計(jì)時(shí)理解和使用，但其研究對(duì)象多為風(fēng)偏角均值與統(tǒng)計(jì)值，沒有考慮或展現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)幅值的影響，因此具有一定的局限性。

絕緣子串風(fēng)偏角由風(fēng)偏均值與擺動(dòng)幅值共同確定，動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)的敏感度特性可以展現(xiàn)擺動(dòng)幅值與設(shè)計(jì)參數(shù)的變化關(guān)系，影響風(fēng)偏角幅值的變化規(guī)律。絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度越高，風(fēng)偏擺動(dòng)就愈劇烈，風(fēng)偏角幅值就愈大。在架空線路設(shè)計(jì)中，若忽略動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度特性對(duì)絕緣子串?dāng)[動(dòng)幅值的影響，則有可能低估最大風(fēng)偏角的幅值，從而增加風(fēng)偏閃絡(luò)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。為此，Haddadin等[14]建立多跨架空線路塔線體系有限元模型，通過頻譜分析了架空線路系統(tǒng)在來流風(fēng)速作用下的敏感度特性。然而，該研究沒有討論風(fēng)速敏感性與架空線路系統(tǒng)參數(shù)之間的聯(lián)系，無法確定架空線路結(jié)構(gòu)參數(shù)改變后風(fēng)速敏感程度是否保持不變。

為研究絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度特性，揭示來流風(fēng)速、架空線路結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)參數(shù)與絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)之間的變化關(guān)系，本文以遠(yuǎn)離耐張塔的懸垂絕緣子串為研究對(duì)象，通過導(dǎo)線圍繞風(fēng)偏均值擺動(dòng)的固有頻率不變?cè)瓌t，確定導(dǎo)線等效模型，以此考慮導(dǎo)線擺動(dòng)對(duì)絕緣子串風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的影響，從而建立絕緣子串和架空導(dǎo)線耦合風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的兩白由度動(dòng)力學(xué)模型，通過幅頻特性曲線與脈動(dòng)風(fēng)速譜的變化規(guī)律，以其各白峰值為切人點(diǎn)，并以垂直檔距與水平檔距比值（即垂平比）的變化表示架空線路結(jié)構(gòu)變化，研究了風(fēng)偏擺動(dòng)對(duì)架空線路結(jié)構(gòu)變化和來流風(fēng)速變化的敏感度。該研究深化了對(duì)架空線路動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)特性的理解，也為架空線路動(dòng)態(tài)風(fēng)偏的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)以及有效防治提供了一條新途徑。

1 絕緣子串和導(dǎo)線耦合風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)模型

1.1 絕緣子串和導(dǎo)線耦合風(fēng)偏動(dòng)力學(xué)模型描述

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)與研究可知，遠(yuǎn)離耐張塔的懸垂絕緣子串發(fā)生風(fēng)偏響應(yīng)時(shí)風(fēng)偏幅值接近最大，這也是架空線路防風(fēng)偏設(shè)計(jì)中的主要關(guān)注情況。因此，選取架空線路中一串遠(yuǎn)離耐張塔的懸垂絕緣子串為研究對(duì)象，以絕緣子串上端懸掛點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，z為豎直方向，且向下為正;x為順導(dǎo)線水平方向，方向指向大號(hào)塔側(cè)為正;y為垂直導(dǎo)線水平方向，順來流風(fēng)方向?yàn)檎?/p>

結(jié)合現(xiàn)今工程上常用的復(fù)合懸垂絕緣子串芯棒特性，可以將絕緣子串看做一個(gè)質(zhì)量均勻分布的剛性直桿，且在實(shí)際風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)中，懸垂絕緣子串順導(dǎo)線方向（x方向）的位移相較其他方向位移是小量，可以忽略不計(jì)，即可以認(rèn)為懸垂絕緣子串的風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)只發(fā)生在yz平面內(nèi)。

在來流風(fēng)的作用下，架空線路在風(fēng)偏均值附近發(fā)生擺動(dòng)，風(fēng)偏均值位置由重力分量與平均風(fēng)載荷分量共同確定。為建立架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型，提出能充分表征架空導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)特性的剛體力學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)架空線路進(jìn)行模型簡(jiǎn)化。

在實(shí)際工程中，導(dǎo)線運(yùn)行張力使架空導(dǎo)線成為張緊索，一檔導(dǎo)線的風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)以導(dǎo)線所在平面的整體擺動(dòng)為主，即在風(fēng)偏擺動(dòng)過程中，可以近似地認(rèn)為一檔導(dǎo)線各部分始終處于同一平面內(nèi)?？紤]到一般情況下架空線路中導(dǎo)線高差角很小，絕緣子串質(zhì)量相較一檔導(dǎo)線質(zhì)量為微小量，則可以認(rèn)為一檔導(dǎo)線以通過絕緣子串上端掛點(diǎn)的水平軸為定軸進(jìn)行繞軸擺動(dòng)。此時(shí)導(dǎo)線類似于一個(gè)物理擺，其在風(fēng)偏角均值θ處繞軸擺動(dòng)的微分方程為：

式中 m為架空導(dǎo)線單位長(zhǎng)度質(zhì)量，Li為第i檔導(dǎo)線檔距，g為重力加速度，l為絕緣子串長(zhǎng)度，lci為第i檔導(dǎo)線質(zhì)心與導(dǎo)線掛點(diǎn)間的垂向距離，J為導(dǎo)線對(duì)定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θ*為導(dǎo)線在風(fēng)偏均值處擺動(dòng)的脈動(dòng)

在架空導(dǎo)線風(fēng)偏擺動(dòng)固有頻率相等的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力學(xué)等效，考慮到架空導(dǎo)線在風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)中的軸向伸長(zhǎng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于檔距，可以將一檔導(dǎo)線的整體風(fēng)偏擺動(dòng)用導(dǎo)線等效剛性直桿的運(yùn)動(dòng)表示。導(dǎo)線等效剛桿質(zhì)量均勻分布，與絕緣子串下端通過無質(zhì)量的虛擬桿鉸接相連，在大風(fēng)作用下能充分表征架空導(dǎo)線風(fēng)偏擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，是導(dǎo)線風(fēng)偏擺動(dòng)的合理簡(jiǎn)化與抽象，模型如圖1所示。

為考慮兩側(cè)導(dǎo)線等效剛桿的風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)對(duì)目標(biāo)絕緣子串的影響，可以將目標(biāo)絕緣子串兩側(cè)的導(dǎo)線等效剛桿風(fēng)偏擺動(dòng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化成絕緣子串下方兩側(cè)導(dǎo)線等效作用位置處的風(fēng)偏擺動(dòng)（如圖2所示）。選取距離絕緣子串下端為（ld1+ld2）/2的位置為兩側(cè)導(dǎo)線等效作用位置，對(duì)該位置施加導(dǎo)線水平檔距LH所受的風(fēng)載荷與垂直檔距Lv的質(zhì)量，從而考慮導(dǎo)線擺動(dòng)對(duì)絕緣子串風(fēng)偏的影響，可以滿足-程設(shè)計(jì)所需要的精度。

架空線路中絕緣子串與等效導(dǎo)線的空間位置可由風(fēng)偏角θ1與θ2表示。水平檔距LH與垂直檔距Lv的表達(dá)式分別為：

1.2 架空線路與來流風(fēng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

架空線路與來流風(fēng)的耦合作用會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)阻尼，氣動(dòng)阻尼對(duì)架空線路風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的影響遠(yuǎn)高于架空線路白身的結(jié)構(gòu)阻尼，通過來流風(fēng)與架空線路的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（如圖3所示），可以考慮氣動(dòng)阻尼對(duì)架空線路風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的影響[15]。

根據(jù)規(guī)范計(jì)算公式[16]通過風(fēng)壓不均勻系數(shù)考慮風(fēng)場(chǎng)空間分布對(duì)導(dǎo)線的影響，結(jié)合架空線路與來流風(fēng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，絕緣子串質(zhì)心處的集中風(fēng)載荷與導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的風(fēng)載荷分別為：式中 υ r與υr分別表示來流風(fēng)與絕緣子串質(zhì)心、導(dǎo)線的相對(duì)風(fēng)速，單位為m/s;Al為單片絕緣子的迎風(fēng)面積，單位為m2;nl，為絕緣子串中絕緣子的片數(shù);a為風(fēng)壓不均勻系數(shù);μsc為架空線體型系數(shù);d為架空線外徑，單位為mm。

將絕緣子串與導(dǎo)線受到的風(fēng)載荷向y軸與z軸方向進(jìn)行分解。由于通常情況下導(dǎo)線懸掛高度處的湍流度較小，脈動(dòng)風(fēng)速相對(duì)于平均風(fēng)速為小量，絕緣子串風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)速度也遠(yuǎn)小于風(fēng)速，故可將脈動(dòng)風(fēng)速與絕緣子串風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)速度的高次項(xiàng)與乘積項(xiàng)略去不計(jì)，可得絕緣子串與水平檔距導(dǎo)線所受風(fēng)載荷在y軸與z軸的分量為：

1.3絕緣子串和導(dǎo)線耦合風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程

已知作為研究對(duì)象的懸垂絕緣子串的長(zhǎng)度為l1，導(dǎo)線等效作用位置與絕緣子串下端距離為l2。平均風(fēng)速穩(wěn)定后，風(fēng)偏角均值為常值，脈動(dòng)值為圍繞在風(fēng)偏角均值周圍的小變形，其由常規(guī)風(fēng)荷載中的脈動(dòng)項(xiàng)確定。運(yùn)用分析力學(xué)方法，選取絕緣子串脈動(dòng)風(fēng)偏角θ1*與等效導(dǎo)線脈動(dòng)風(fēng)偏角θ2*為系統(tǒng)廣義坐標(biāo)，建立架空線路風(fēng)偏均值附近擺動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程。

架空線路風(fēng)偏均值附近擺動(dòng)的勢(shì)能與動(dòng)能分別為：式中Mi為絕緣子串質(zhì)量，Lv為絕緣子串兩側(cè)導(dǎo)線的垂直檔距，θ1與θ2分別為絕緣子串與等效導(dǎo)線的風(fēng)偏角均值。

略去脈動(dòng)風(fēng)速、架空線路脈動(dòng)風(fēng)偏角與架空線路風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)速度之間的乘積項(xiàng)和高次項(xiàng)，風(fēng)載荷對(duì)絕緣子串與等效導(dǎo)線做的虛功分別為：

由式（19）可見，架空線路風(fēng)偏均值附近擺動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)線性常參數(shù)隨機(jī)系統(tǒng)，擺動(dòng)恢復(fù)力由重力分量與平均風(fēng)載荷分量共同組成。

2 絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)敏感性分析

2.1 風(fēng)偏擺動(dòng)輸出譜與均方值

采用隨高度變化的Kaimal風(fēng)速譜作為脈動(dòng)風(fēng)輸入譜，研究絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)的幅頻特性與輸出譜。根據(jù)工程實(shí)際可知有，MI/3《mLv，將Kaimal脈動(dòng)風(fēng)速譜記為SK（ω），通過白相關(guān)函數(shù)計(jì)算脈動(dòng)風(fēng)激擾力的白功率譜，根據(jù)隨機(jī)激勵(lì)響應(yīng)關(guān)系理論，可算得絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)的幅頻特性與輸出譜分別為：

由式（ 21）與圖4可知，當(dāng)輸入譜頻率ω與頻率ph相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，幅頻特性曲線|H1（ω）|幅值達(dá)到最大。絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)的響應(yīng)輸出功率譜共出現(xiàn)兩個(gè)峰值：一個(gè)由脈動(dòng)風(fēng)載荷確定;一個(gè)由架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)系統(tǒng)幅頻特性確定。

2.2 幅頻特性曲線與Kaimal風(fēng)速譜變化規(guī)律

由式（ 21）與圖4可知，系統(tǒng)幅頻特性曲線在共振時(shí)幅值最大，對(duì)輸出譜影響顯著，所以研究共振時(shí)的風(fēng)偏擺動(dòng)幅頻特性具有重要意義。

平均風(fēng)速V的變化會(huì)引起脈動(dòng)風(fēng)譜幅值的改變，架空線路垂平比LV/LH的變化對(duì)脈動(dòng)風(fēng)的影響可忽略不計(jì)，已知Kaimal風(fēng)速譜[17]有：

從圖5中可以看到，由脈動(dòng)風(fēng)產(chǎn)生的峰值主要集中在圓頻率接近0處;由共振產(chǎn)生的峰值發(fā)生在ω=pH處。由于頻率pH與風(fēng)偏角均值θ1成正比，致使產(chǎn)生共振的脈動(dòng)風(fēng)頻率ω也隨之增加，故風(fēng)偏擺動(dòng)共振峰值在圖5中就顯示出了類似于彎月的形狀。

從式（ 28）中可以看到，當(dāng)架空線路結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，平均風(fēng)載荷使絕緣子串風(fēng)偏角達(dá)到θφ時(shí)，風(fēng)偏響應(yīng)敏感度最高。平均風(fēng)速與風(fēng)偏角均值的關(guān)系為：

則當(dāng)平均風(fēng)速達(dá)到Vφ時(shí)，絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)最為劇烈，故稱Vφ為絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)的敏感風(fēng)速。此時(shí)架空線路絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)敏感度最高，風(fēng)偏擺動(dòng)最為劇烈，計(jì)算結(jié)果可以滿足工程精度需求。

3 工程算例分析與敏感風(fēng)速應(yīng)用

3.1 工程算例與風(fēng)速模擬

以某段220 kV“六塔五線”架空線路為研究對(duì)象，此段架空線路兩端鐵塔為耐張塔，中間有四基直線塔，檔距分別為250，200，230，210，300 m，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)距地面高度分別為24，28，30，27，30，25 m，示意圖如圖6所示。導(dǎo)線受到垂直于導(dǎo)線初始平面方向的橫向氣流的作用，標(biāo)準(zhǔn)高度lO m處的基準(zhǔn)風(fēng)速為25 m/s。懸垂絕緣子串型號(hào)為14片F(xiàn)XBW4-220/160-5，長(zhǎng)度為2.97 m，質(zhì)量為15.56 kg，導(dǎo)線型號(hào)為2×JL/GIA-630/45-45/7，單位質(zhì)量為2.079kg/m，初始運(yùn)行張力為38000 N，多分裂導(dǎo)線的屏蔽作用暫不考慮。

選取工程算例中3#和4#塔絕緣子串為分析對(duì)象，地形粗糙度系數(shù)取0.15，可通過風(fēng)剖面公式算得架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型中3#和4#塔絕緣子串對(duì)應(yīng)高度處平均風(fēng)速分別為28.96，28.91 m/s;通過式（29）可算得3#和4#塔絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)敏感度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速分別為31.92，25.55 m/s。

通過隨高度變化的Kaimal風(fēng)速譜，采用AR模型分別得出10 min內(nèi)4種不同平均風(fēng)速的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程，并與Kaimal風(fēng)速譜（目標(biāo)譜）進(jìn)行比較，驗(yàn)證脈動(dòng)風(fēng)速模擬的正確性。以3#塔導(dǎo)線等效作用位置處的敏感風(fēng)速為例，繪制模擬風(fēng)速時(shí)程曲線及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)速譜，如圖7所示。

3.2 算例計(jì)算與結(jié)果對(duì)比分析

為驗(yàn)證架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型與絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)敏感風(fēng)速分析的正確性，運(yùn)用有限元計(jì)算方法分析3.1節(jié)工程算例中3#和4#懸垂絕緣子串的風(fēng)偏響應(yīng)，絕緣子串與導(dǎo)線采用桿單元模擬，每檔導(dǎo)線被劃分為60個(gè)單元，在架空線路風(fēng)偏均值靜態(tài)平衡位置施加脈動(dòng)風(fēng)載荷，風(fēng)壓不均勻系數(shù)取0.8，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)高度處風(fēng)速與最敏感風(fēng)速作用下3#和4#塔絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)，再將計(jì)算結(jié)果與架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較匯總。3#和4#塔絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示;以3#塔絕緣子串為例，風(fēng)速穩(wěn)定后風(fēng)偏擺動(dòng)時(shí)程曲線分別如圖8（a），（b）所示。

由圖8和表1可見，架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型和有限元計(jì)算方法得到的絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)均值、標(biāo)準(zhǔn)差與最大值接近，風(fēng)偏位移時(shí)程曲線吻合度較好，滿足工程應(yīng)用要求，由此證明了架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)模型的正確性。

為進(jìn)一步驗(yàn)證敏感風(fēng)速的合理性，分別計(jì)算3#和4#塔絕緣子串在不同風(fēng)速作用下的風(fēng)偏響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差，并將計(jì)算結(jié)果繪制于圖9。

由圖9可見，3#和4#塔絕緣子串在敏感風(fēng)速下標(biāo)準(zhǔn)差最大，證明了絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感風(fēng)速分析結(jié)論的正確性。

3.3 敏感風(fēng)速在線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在架空線路防風(fēng)偏設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通常使用風(fēng)偏均值乘以放大系數(shù)來確定絕緣子串的設(shè)計(jì)允許風(fēng)偏角，然而，放大系數(shù)的選取[18-19]并沒有考慮動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感度特性對(duì)絕緣子串?dāng)[動(dòng)幅值的影響，忽略了敏感風(fēng)速的存在。由式（29）可知，風(fēng)偏響應(yīng)敏感風(fēng)速取值與架空線路垂平比相關(guān)，因此，若架空線路因結(jié)構(gòu)選擇不善而使當(dāng)?shù)刈吭斤L(fēng)速成為敏感風(fēng)速時(shí)，絕緣子串實(shí)際風(fēng)偏角會(huì)大于設(shè)計(jì)允許風(fēng)偏角，進(jìn)而大大增加了發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故的可能性。

因此，在工程設(shè)計(jì)中，合理的線路結(jié)構(gòu)選擇是非常必要的。為方便設(shè)計(jì)人員使用，結(jié)合式（29）與風(fēng)剖面公式，可以得到架空線路設(shè)計(jì)中不同結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的10 m高處敏感風(fēng)速值，如下式所示：式中H為目標(biāo)絕緣子串所在鐵塔的呼高，a 為地形粗糙度系數(shù)。再對(duì)照當(dāng)?shù)刈吭斤L(fēng)速，選擇合適線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免因絕緣子串在敏感風(fēng)速作用下風(fēng)偏擺動(dòng)劇烈而引發(fā)的風(fēng)偏閃絡(luò)事故。

4 結(jié)論

絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)特性能直觀展現(xiàn)參數(shù)變化對(duì)風(fēng)偏角的影響，便于設(shè)計(jì)人員的理解和使用，為此，本文研究了絕緣子串動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)對(duì)來流風(fēng)速和架空線路結(jié)構(gòu)的敏感度特性，主要研究結(jié)論如下：

1）通過導(dǎo)線圍繞風(fēng)偏均值擺動(dòng)的固有頻率不變?cè)瓌t提出能充分表征架空線路風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線等效模型，考慮來流風(fēng)與導(dǎo)線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，建立了絕緣子串和架空導(dǎo)線耦合風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)的兩白由度動(dòng)力學(xué)模型，通過計(jì)算工程算例并與有限元方法比較，驗(yàn)證了風(fēng)偏擺動(dòng)模型的正確性。

2）絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)輸出功率譜共出現(xiàn)兩個(gè)峰值：一個(gè)由脈動(dòng)風(fēng)載荷確定;另一個(gè)由架空線路風(fēng)偏擺動(dòng)系統(tǒng)幅頻特性確定。風(fēng)偏擺動(dòng)共振頻率與風(fēng)偏角均值成正比，架空線路絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)均方值與表示線路結(jié)構(gòu)的垂平比呈正比。

3）提出了動(dòng)態(tài)風(fēng)偏響應(yīng)敏感風(fēng)速的表達(dá)式，平均風(fēng)速為敏感風(fēng)速時(shí)絕緣子串風(fēng)偏響應(yīng)均方值取的最大，此時(shí)絕緣子串風(fēng)偏擺動(dòng)劇烈，增加了發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故的可能性。

4）在架空線路工程設(shè)計(jì)中，可以通過計(jì)算不同線路結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的10 m高處敏感風(fēng)速值，對(duì)照當(dāng)?shù)刈吭斤L(fēng)速，選擇合適的線路結(jié)構(gòu)，避免因絕緣子串在敏感風(fēng)速作用下擺動(dòng)劇烈而引發(fā)的風(fēng)偏閃絡(luò)事故。

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