韓興波 吳海濤 郭思華 蔣興良 王鈺潔

輸電線路單導(dǎo)線覆冰和扭轉(zhuǎn)的相互影響機(jī)制分析

韓興波1吳海濤2郭思華2蔣興良3王鈺潔4

（1. 交通工程應(yīng)用機(jī)器人重慶市工程試驗(yàn)室（重慶交通大學(xué)） 重慶 400074 2. 國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院 重慶 401123 3. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室（重慶大學(xué)） 重慶 400044 4. 重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院 重慶 400074）

覆冰威脅輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)導(dǎo)線覆冰增長是輸電線路防冰減災(zāi)工作的基礎(chǔ)。導(dǎo)線覆冰增長一般都伴隨著導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)過程，扭轉(zhuǎn)和覆冰增長的相互影響使得導(dǎo)線各個(gè)位置覆冰速率不同、冰形更為多樣復(fù)雜。為提高導(dǎo)線覆冰數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確度，該文從流體力學(xué)和導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)基本力學(xué)出發(fā)，綜合考慮導(dǎo)線各處扭轉(zhuǎn)角度的差異和扭轉(zhuǎn)冰形對(duì)空氣中過冷卻水滴擾流特性的影響，建立了導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)值計(jì)算模型。通過仿真計(jì)算重點(diǎn)分析了三種不同型號(hào)的導(dǎo)線不同位置覆冰后扭轉(zhuǎn)角度的變化規(guī)律，以及導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)對(duì)覆冰增長的影響特性。結(jié)果表明：覆冰后，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)角度從兩端向中心逐漸增大；相對(duì)于未扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)條件下的水滴碰撞范圍更大，覆冰速率更快；導(dǎo)線端部和中心位置覆冰形態(tài)差異較大，導(dǎo)線端部扭轉(zhuǎn)角度較小，覆冰趨于翼形；導(dǎo)線中部扭轉(zhuǎn)角度大，覆冰趨于圓筒形，風(fēng)速和空氣中水滴中值體積直徑較大時(shí)，大直徑導(dǎo)線在扭轉(zhuǎn)條件下的覆冰增長速率更快。

導(dǎo)線 覆冰 扭轉(zhuǎn)

0 引言

我國領(lǐng)土遼闊，地形地貌、地質(zhì)條件多種多樣，氣象環(huán)境復(fù)雜多變。隨著超/特高壓電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，輸電走廊覆蓋區(qū)域越來越廣，輸電線路不可避免地經(jīng)過一些地形復(fù)雜、氣候高寒的重覆冰區(qū)域[1]。從1954年開始有記錄電力線路覆冰災(zāi)害事故以來，我國各類輸電線路冰害事故達(dá)上千起[2-3]。自2008年我國南方電網(wǎng)大面積覆冰災(zāi)害以來，大量人力、物力、財(cái)力的投入并沒有完全解決輸電線路絕緣子覆冰問題，絕緣子覆冰造成的輸電線路停運(yùn)仍時(shí)有發(fā)生[4-6]。

導(dǎo)線的影響因素眾多，R. Lenhard[7]于1955年提出基于降水量的導(dǎo)線覆冰量計(jì)算模型，其認(rèn)為導(dǎo)線覆冰增長主要由降水量決定。K. Jone等[8]認(rèn)為導(dǎo)線覆冰與降水率、風(fēng)速和液態(tài)水含量等環(huán)境因素相關(guān)，導(dǎo)線表面等值覆冰厚度可根據(jù)環(huán)境條件用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。L. Makkonen等[9]總結(jié)了導(dǎo)線覆冰涉及三個(gè)基本物理過程，即水滴在導(dǎo)線表面的碰撞、捕獲和凍結(jié)過程。此外，提出了以水滴碰撞、捕獲和凍結(jié)系數(shù)計(jì)算導(dǎo)線覆冰增長的動(dòng)態(tài)過程（三參數(shù)模型）。Fu Ping等[10]利用數(shù)值模擬方法，仿真計(jì)算了導(dǎo)線水滴局部碰撞系數(shù)分布，提高了導(dǎo)線覆冰數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度。為了減少水滴碰撞系數(shù)的仿真計(jì)算量，郭昊等[11]提出了導(dǎo)線覆冰的工程估算方法，但僅可在覆冰初始階段采用。

在后續(xù)研究中，三參數(shù)模型被廣泛采用，但其所需覆冰環(huán)境參數(shù)，尤其是空氣中液態(tài)水含量和過冷卻水滴的中值體積直徑卻不易獲得。陳凌[12]、蔣興良[13]、韓興波[14]等通過制作旋轉(zhuǎn)多導(dǎo)體裝置實(shí)現(xiàn)了覆冰環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。在此基礎(chǔ)上，Zhang Jian[15-16]、蔣興良[17]、梁曦東[18]等通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics, CFD）或邊界元法建立了導(dǎo)線覆冰增長的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆冰形態(tài)、覆冰量的動(dòng)態(tài)模擬。

總結(jié)上述導(dǎo)線覆冰數(shù)值計(jì)算模型，不難發(fā)現(xiàn)：①導(dǎo)線覆冰是環(huán)境和結(jié)構(gòu)的相互作用結(jié)果，覆冰增長類型、速率、形態(tài)主要決定于環(huán)境參數(shù)，但導(dǎo)線本身的結(jié)構(gòu)也有一定影響；②導(dǎo)線覆冰增長是個(gè)動(dòng)態(tài)過程，覆冰形態(tài)變化同樣也會(huì)影響覆冰的后續(xù)發(fā)展情況。尤其導(dǎo)線本身的狀態(tài)也會(huì)影響覆冰發(fā)展過程。導(dǎo)線在覆冰后通常發(fā)生扭轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象[19-20]，導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)一方面會(huì)損傷線路金具，另一方面也會(huì)反作用于覆冰過程。導(dǎo)線在扭轉(zhuǎn)過程中，覆冰積累的位置實(shí)時(shí)改變，覆冰速率、冰形隨之改變，而導(dǎo)線各個(gè)位置扭轉(zhuǎn)角度的差異也會(huì)使得覆冰增長過程存在差異[21-22]。如胡琴等[23]通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：自然覆冰條件下，懸垂單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線覆冰形態(tài)差異明顯，這是由導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度所決定的，相同覆冰條件下，單導(dǎo)線覆冰后扭轉(zhuǎn)角度相對(duì)分裂導(dǎo)線更大。而以往的導(dǎo)線覆冰模型通常并未考慮扭轉(zhuǎn)和覆冰增長的相互作用，導(dǎo)致導(dǎo)線覆冰模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的降低。李清等[24]和樊社新等[25]對(duì)覆冰導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度開展了試驗(yàn)研究及仿真計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度隨覆冰厚度的增加而增大，而分裂導(dǎo)線不同位置的扭轉(zhuǎn)剛度也不相同，扭轉(zhuǎn)剛度在近跨端處隨初始張力增大而增大，隨檔距增大而減小，且均在近跨端處較為敏感而近跨中處較不敏感。解健等[26]在研究分裂導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)，偏心覆冰及上升氣流等因素易導(dǎo)致大檔距多分裂導(dǎo)線劇烈扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)翻轉(zhuǎn)扭絞故障，扭轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可通過有限元仿真獲得。P. L. I. Skelton和G. Poots等[27]針對(duì)導(dǎo)線覆雪扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象開展了模型化研究，其研究發(fā)現(xiàn)，雪的密度較小，但是在暴風(fēng)雪條件下，雪的累積速度較快，導(dǎo)線受力后的扭轉(zhuǎn)角度可達(dá)120°～130°（導(dǎo)線中部）。

本文以單導(dǎo)線為對(duì)象，研究導(dǎo)線覆冰過程和扭轉(zhuǎn)過程的相互影響。首先從試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果入手，分析導(dǎo)線覆冰不均勻性和覆冰冰形在扭轉(zhuǎn)條件下的變化情況；其次，基于流體力學(xué)和基本力學(xué)原理建立導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)數(shù)值計(jì)算模型，通過仿真模擬獲得導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)條件下導(dǎo)線覆冰冰形、增長速率的變化規(guī)律；最后，結(jié)合試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)比分析導(dǎo)線覆冰和扭轉(zhuǎn)的相互作用機(jī)理。本文研究內(nèi)容可為導(dǎo)線防覆冰扭轉(zhuǎn)工程運(yùn)用提供技術(shù)參考。

1 導(dǎo)線自然覆冰扭轉(zhuǎn)觀測(cè)

本文在雪峰山對(duì)導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象展開觀測(cè)。雪峰山海拔1 400m，年平均降水量為1 500mm，最大風(fēng)速超過35m/s，最低氣溫-15℃。特殊的微地形微氣象特征導(dǎo)致雪峰山年覆冰持續(xù)時(shí)間最長達(dá)50天，最大覆冰厚度可至500mm。

導(dǎo)線未扭轉(zhuǎn)時(shí)的覆冰形態(tài)變化如圖1所示，覆冰主要在導(dǎo)線迎風(fēng)側(cè)累積，形成尖銳的翼型結(jié)構(gòu)覆冰。導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的覆冰形態(tài)變化如圖2所示，導(dǎo)線受到覆冰扭轉(zhuǎn)力矩的作用向下扭轉(zhuǎn)，而覆冰未停止，導(dǎo)線背風(fēng)側(cè)向迎風(fēng)側(cè)偏移，覆冰面積擴(kuò)大，同時(shí)，原迎風(fēng)側(cè)的覆冰繼續(xù)增加，覆冰形態(tài)變得不規(guī)則。

圖1 導(dǎo)線未扭轉(zhuǎn)時(shí)的覆冰形態(tài)變化

圖2 導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的覆冰形態(tài)變化

2 導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)計(jì)算模型

空氣中的過冷卻水滴隨氣流運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遭遇導(dǎo)線時(shí)，水滴在慣性作用下碰撞到導(dǎo)線并凍結(jié)為覆冰。根據(jù)Makkonen導(dǎo)線覆冰模型的基本思想，要獲得水滴在導(dǎo)線表面的水滴碰撞效率，需求解導(dǎo)線外部氣流場。簡化到二維平面后，氣流運(yùn)動(dòng)可被看作低速的不可壓縮的粘性流動(dòng)，其動(dòng)量方程和連續(xù)性方程可表示為Navier-Stokes方程（N-S方程），即

式中，f、f、f為質(zhì)量力沿著各個(gè)坐標(biāo)方向分力，N；u、u、u為氣流在各個(gè)坐標(biāo)軸上的速度，m/s；a為氣流密度，kg/m3；為壓強(qiáng)，Pa；對(duì)應(yīng)a-1·?/?為氣流受到的壓差力；第三項(xiàng)為黏性力，為空氣運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s。水滴運(yùn)動(dòng)可看作離散項(xiàng)，其運(yùn)動(dòng)方程可表示為

式中，d為水滴受到氣流的拽力，N；w為水滴質(zhì)量，kg；w為水滴最大橫截面積，m2；、分別為氣流和水滴的二維速度向量，m/s；D為空氣阻尼系數(shù)。直接求解N-S方程時(shí)計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算效率較低，因此本文采用邊界元法[28]求解導(dǎo)線外部氣流場，在氣流場基礎(chǔ)上利用式（3）跟蹤計(jì)算水滴運(yùn)動(dòng)軌跡和碰撞坐標(biāo)點(diǎn)，導(dǎo)線表面局部碰撞系數(shù)1可參考陳凌經(jīng)驗(yàn)公式[12]，局部凍結(jié)系數(shù)3可根據(jù)熱平衡方程[9]計(jì)算，若不考慮水滴碰撞導(dǎo)線后的反彈，則導(dǎo)線表面覆冰增長速率為

式中，為風(fēng)速，m/s；為空氣中液態(tài)水含量，kg/m3；為導(dǎo)線直徑，m；為導(dǎo)線長度，m。

導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)示意圖如圖3所示。覆冰開始后，對(duì)于單導(dǎo)線而言，導(dǎo)線在覆冰偏心轉(zhuǎn)矩的作用下繞中心軸扭轉(zhuǎn)。

圖3 導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)示意圖

若已知導(dǎo)線的剪切模量為，導(dǎo)線截面極慣性矩是，導(dǎo)線覆冰后的扭轉(zhuǎn)角度為，則有[23,29]

根據(jù)式（6）和式（7）可得

其中

由此，若導(dǎo)線上各點(diǎn)的覆冰質(zhì)量已知，則根據(jù)式（12）可得到在該覆冰量下導(dǎo)線各點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)角度。本文將導(dǎo)線覆冰數(shù)值模擬和導(dǎo)線覆冰后扭轉(zhuǎn)計(jì)算進(jìn)行耦合，通過迭代計(jì)算實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線覆冰增長和扭轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)模擬。

本文建立的導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)模型的計(jì)算流程如圖4所示。為減少計(jì)算量，以個(gè)間隔點(diǎn)Q將導(dǎo)線分為-1個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)導(dǎo)線覆冰量和覆冰扭轉(zhuǎn)角度相同。

首先，輸入環(huán)境參數(shù)溫度、空氣中液態(tài)水含量、風(fēng)速、水滴中值體積直徑（Median Volume Diameter, MVD）等，針對(duì)導(dǎo)線各個(gè)分割點(diǎn)計(jì)算外部氣流場分布，進(jìn)而對(duì)水滴軌跡進(jìn)行跟蹤，獲得未覆冰或已覆冰條件下導(dǎo)線各處的水滴局部碰撞系數(shù)1。通過求解水滴凍結(jié)熱平衡方程獲得碰撞水滴的凍結(jié)比例，即水滴凍結(jié)系數(shù)3。由此，根據(jù)式（4）構(gòu)造導(dǎo)線各點(diǎn)覆冰冰形，得到覆冰質(zhì)量。其次，根據(jù)覆冰結(jié)果計(jì)算導(dǎo)線各點(diǎn)在當(dāng)前覆冰量下的扭轉(zhuǎn)角度θ，并以扭轉(zhuǎn)角度更正覆冰位置。最后，通過反復(fù)迭代即可獲得導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)變化過程。

圖4 導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)數(shù)值模型計(jì)算流程

3 導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)特性

3.1 不同導(dǎo)線的覆冰扭轉(zhuǎn)特性

導(dǎo)線覆冰受到多種因素的影響。本文考慮導(dǎo)線兩端為完全固定點(diǎn)，忽略線夾安裝及松動(dòng)等因素的作用。其次，在線路結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)線的懸掛點(diǎn)高度差為主要影響因素，導(dǎo)線覆冰后，因覆冰重量分解到垂直于導(dǎo)線的分量不同，兩端的扭轉(zhuǎn)角度也會(huì)有差異，為簡化問題，導(dǎo)線兩端連接點(diǎn)被視作水平。設(shè)定迭代時(shí)間步長為15min，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)是一個(gè)連續(xù)的過程。單導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度為

式中，為導(dǎo)線的擰繞系數(shù)，=0.12；1和2分別為鋼芯和鋁鉸層的彈性模量，1=81GPa，2=28GPa；1和2分別為鋼芯和鋁鉸層的極慣性矩。

對(duì)比導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)和未扭轉(zhuǎn)條件下的覆冰增長特性，如圖5所示。若導(dǎo)線不扭轉(zhuǎn)，覆冰主要在迎風(fēng)側(cè)累積，在設(shè)定條件下，覆冰形態(tài)逐漸變得尖銳，形成翼型結(jié)構(gòu)冰形，這和試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果相吻合。在導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)條件下，導(dǎo)線表面的主要覆冰區(qū)域?qū)崟r(shí)改變，背風(fēng)側(cè)向迎風(fēng)側(cè)偏移，覆冰均勻性相對(duì)更好，圓筒形的覆冰形態(tài)也和試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果類似。以LGJ-630/45、LGJ-300/25、LGJ-150/35三種單導(dǎo)線為例，導(dǎo)線主要參數(shù)見表1，設(shè)定導(dǎo)線長度為400m，將導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)代入本文計(jì)算模型。設(shè)定迭代時(shí)間步長及環(huán)境參數(shù)，計(jì)算單導(dǎo)線覆冰和扭轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)變化情況，在覆冰75min后，得到結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖5 導(dǎo)線未扭轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)條件下的覆冰增長對(duì)比

表1 典型單導(dǎo)線主要參數(shù)

Tab.1 Parameters of typical conductor

圖6和圖7為三種導(dǎo)線在75min后0～200m長度內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角度和覆冰形態(tài)。由圖6和圖7可以看出：

（1）三種導(dǎo)線的覆冰扭轉(zhuǎn)角度均從靠近桿塔位置（= 0m）向?qū)Ь€中間位置（=200m）逐漸增大，增長速率先快后慢，導(dǎo)線中心位置扭轉(zhuǎn)角度最大。

圖6 三種導(dǎo)線最終覆冰扭轉(zhuǎn)角度及形態(tài)（t=75min）

圖7 三種導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)角度（取兩個(gè)點(diǎn)）

（2）對(duì)比導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)角度，Type 3＞Type 2＞Type 1，這是因?yàn)閷?dǎo)線Type 1～Type 3直徑依次減小，扭轉(zhuǎn)剛度也依次減小，覆冰后導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)更加容易。如圖7所示，在Point 5 和Point 1處，Type 2、Type 3導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)角度均大于Type1。

圖8 三種導(dǎo)線覆冰質(zhì)量（取兩個(gè)點(diǎn)）

（3）橫向?qū)Ρ韧N導(dǎo)線不同位置覆冰形態(tài)，靠近導(dǎo)線中心位置處（Point 5）的覆冰更為均勻，靠近桿塔（Point 1）處則趨于翼型結(jié)構(gòu)覆冰。縱向?qū)Ρ炔煌瑢?dǎo)線同一位置，相對(duì)導(dǎo)線Type 1，直徑較小的Type 2、Type 3 導(dǎo)線表面的覆冰覆蓋面積更大，覆冰更趨于圓筒形結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橹睆捷^小的導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)的發(fā)展速率更快。

3.2 扭轉(zhuǎn)對(duì)導(dǎo)線覆冰增長的影響

上面討論了導(dǎo)線覆冰后，不同直徑、扭轉(zhuǎn)剛度和導(dǎo)線不同位置的扭轉(zhuǎn)特性。而導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)本身也會(huì)反作用于覆冰增長過程，除影響導(dǎo)線覆冰形態(tài)，還會(huì)影響導(dǎo)線覆冰增長速率。如圖8所示，取三種導(dǎo)線Point 1 和Point 5 的覆冰質(zhì)量做對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一種導(dǎo)線，在覆冰初期（＜30min），由于導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)角度較小，導(dǎo)線靠近桿塔位置和導(dǎo)線中心位置的覆冰增長過程相同，Point 1 和Point 5 的覆冰速率基本一致。在覆冰后期（＞30min），導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)角度逐漸增大，且不同位置的扭轉(zhuǎn)角度不同，導(dǎo)線中部Point 5的扭轉(zhuǎn)角度逐漸超過導(dǎo)線靠近桿塔處的Point 1，Point 5 由于扭轉(zhuǎn)角度較大，覆冰速率也逐漸超過Point 1。究其原因，相對(duì)于不扭轉(zhuǎn)的條件下，導(dǎo)線表面的水滴碰撞點(diǎn)如圖9所示，覆冰導(dǎo)線在扭轉(zhuǎn)后的水滴碰撞面積會(huì)更大，水滴捕獲量增加，導(dǎo)致了覆冰速率的增大。

圖9 導(dǎo)線表面的水滴碰撞點(diǎn)

其次，對(duì)比三種不同的導(dǎo)線的覆冰速率，對(duì)于Point 1和Point 5，都存在LGJ-630/45＞LGJ-300/25＞LGJ-150/35，其原因如下，根據(jù)式（4），導(dǎo)線覆冰速率由導(dǎo)線直徑、1、3、和等因素決定，在風(fēng)速和MVD較大時(shí)，大直徑導(dǎo)線和小直徑導(dǎo)線的水滴碰撞系數(shù)1、3差別較小，導(dǎo)線覆冰速率和導(dǎo)線直徑成正相關(guān)。

4 結(jié)論

1）導(dǎo)線覆冰過程在受到環(huán)境參數(shù)影響的同時(shí)也受到覆冰扭轉(zhuǎn)的影響，扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的導(dǎo)線的覆冰形態(tài)、速率等均有別于未扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的導(dǎo)線。

2）基于流體力學(xué)和基本力學(xué)，考慮了導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)對(duì)導(dǎo)線覆冰增長的相互影響作用，建立了導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)數(shù)值計(jì)算模型，為導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下復(fù)雜冰形的模擬奠定了基礎(chǔ)。

3）仿真結(jié)果顯示，相對(duì)于未扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)條件下的水滴碰撞范圍更大，覆冰速率更快。相對(duì)于導(dǎo)線靠近桿塔位置，導(dǎo)線中心位置的覆冰扭轉(zhuǎn)發(fā)展速率更快，覆冰易發(fā)展為環(huán)形狀，導(dǎo)線端部則趨于翼型覆冰。

4）不同型號(hào)的導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)特性不同，導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)剛度越大，直徑越大，導(dǎo)線覆冰后扭轉(zhuǎn)發(fā)展越慢。在風(fēng)速和MVD較大時(shí)，較大直徑的導(dǎo)線在扭轉(zhuǎn)條件下的覆冰速率更快，但該模擬結(jié)果仍待進(jìn)一步的現(xiàn)場試驗(yàn)的驗(yàn)證。

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Analysis of Interaction Mechanism between Icing and Torsion of Single Transmission Lines

Han Xingbo1Wu Haitao2Guo Sihua2Jiang Xingliang3Wang Yujie4

（1. Chongqing Engineering Laboratory for Transportation Engineering Application Robot Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074 China 2.State Grid Chongqing Electric Power Company Chongqing Electric Power Research Institute Chongqing 401123 China 3. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China 4. School of Mechatronics and Vehicle Engineering Chongqing Jiaotong University Chongqing 400074 China）

Icing threatens the safe and stable operation of transmission lines. Accurate prediction of the icing process of conductor can help the work of anti-icing and disaster reduction of transmission lines. Generally, the icing of conductor is accompanied by the torsion process of conductor. Because of the interaction of conductor torsion and icing, there is a big difference of the icing shape and rate between different positions on conductors. In order to improve the accuracy of numerical calculation of conductor icing, a dynamic numerical calculation model of conductor icing torsion is established based on hydrodynamics and basic mechanics of conductor torsion in this paper. Comprehensively, the model takes the effects of torsion angles and torsion icing shapes on the icing process of conductor into consideration, including the effects on the trajectories of water droplets in the air. Through the simulation, the change law of torsion of three different types of conductors after icing at different positions and the influence of conductor torsion on icing are analyzed. The results show that the torsion angle of the conductor increases from both ends to the center after icing; compared with the untwisted conductor, the droplet collision range and icing rate of the twisted conductor are larger; and there is a great difference between the icing shape at the end and the center of twisted conductors. The icing shape at the end of conductors tends to be wing shaped while the icing shape tends to be a cylinder at the middle. When the wind velocity and the median volume diameter of water droplets are both large, the icing rate of conductors with a larger diameter under torsion condition is faster.

Conductor, icing, torsion

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211098

TM85

交通工程應(yīng)用機(jī)器人重慶市工程試驗(yàn)室開放基金（CELTEAR-KFKT-202106）、重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目（KJQN202000727）和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51637002）資助。

2021-07-19

2021-11-10

韓興波 男，1992 年生，博士研究生, 研究方向?yàn)閺?fù)雜大氣環(huán)境下輸電線路外絕緣及防護(hù)。E-mail：hanxingbocqu@163.com（通信作者）

吳海濤 男，1991年生，碩士，工程師, 研究方向?yàn)榧芸蛰旊娋€路運(yùn)檢、在線監(jiān)測(cè)、故障診斷等。E-mail：978201734@qq.com

（編輯 赫蕾）