有限元分析新型相間間隔棒性能

摘 要：對普通相間間隔棒進(jìn)行改造，即在普通相間間隔棒內(nèi)部安裝阻尼器和重球。阻尼器的材料選擇形狀記憶合金絲，利用其特有的超彈性能達(dá)到減振的目的。建立了650m檔距六分裂導(dǎo)線的有限元模型、普通相間間隔棒和此新型相間間隔棒的有限元模型，模擬不同風(fēng)速下的風(fēng)荷載。通過對安裝普通相間間隔棒、形狀記憶合金相間間隔棒的導(dǎo)線風(fēng)荷載，用比較的方法驗(yàn)證此相間間隔棒的減振性能。

關(guān)鍵詞：相間間隔棒；微風(fēng)振動(dòng)；形狀記憶合金絲；有限元

一、形狀記憶合金相間間隔棒設(shè)計(jì)

形狀記憶合金相間間隔棒是安裝在緊湊型線路相與相之間的圓截面細(xì)長桿件，在線路中除了起相間絕緣間隔與支承連接的作用。此新型相間間隔棒在原有普通相間間隔棒的基礎(chǔ)上安裝阻尼器和重球，阻尼器的阻尼材料選擇形狀記憶合金絲。導(dǎo)線在風(fēng)的作用下會(huì)產(chǎn)生微風(fēng)振動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線上下振動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)間隔棒上下振動(dòng)，因此通過慣性，重球也會(huì)隨之振動(dòng)， 從而使合金絲出現(xiàn)反復(fù)的拉伸，在往復(fù)的拉伸和恢復(fù)過程中消耗了能量，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)線的減振目的[ 3 ]。

二、有限元模擬

（一）六分裂導(dǎo)線有限元建模

六分裂線路的電壓等級為500kv，長度為650m。導(dǎo)線型號為LGJ400/35。導(dǎo)線面積A=425.24mm2，導(dǎo)線直徑d=26.82mm，計(jì)算拉斷力P=103900N，單位長度質(zhì)量G0=1349kg/km，線膨脹系數(shù)α=20.5×10-6/oC。本文采用link10單元模擬輸電線，綜合彈性模量為7.64，綜合彈性模量為7.64×1010Pa，得到的導(dǎo)線有限元模型如圖1所示。

（二）相間間隔棒有限元建模

相間間隔棒的作用是使各相導(dǎo)線之間保持一定距離，本課題選取了500kV輸電線路的普通相間間隔棒進(jìn)行有限元建模，彈性模量選取彈性模量為7×1010Pa，密度為7800Kg/m3，泊松比為0.28。間隔棒選取梁單元BEAM188來模擬。復(fù)合絕緣子串也選取梁單元BEAM188來模擬。

圖2位相間間隔棒有限元模型圖。形狀記憶合金絲用congbine40單元來模擬，重球則利用MASS21質(zhì)量單元來模擬。由于實(shí)驗(yàn)采用直徑為0.3mm的NiTi各占50%的合金絲，剛度為103.5KN/m[ 4，5 ]。

三、加載分析

（一）風(fēng)速為1m/s時(shí)的加載分析

根據(jù)風(fēng)速為1m/s時(shí)微風(fēng)激振力的大小情況，現(xiàn)將此風(fēng)速下的微風(fēng)激振力以5m一個(gè)節(jié)點(diǎn)為單位加在到線上，比較安裝兩種相間間隔棒在振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的振幅情況。激振力大小經(jīng)計(jì)算可得是0.0289N/m，取時(shí)間t=1000s，得到導(dǎo)線在振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)后的振幅情況。圖4位普通相間間隔棒位移實(shí)誠曲線。對兩幅圖片進(jìn)行分析和測量，可以得出，安裝形狀記憶相間間隔棒時(shí)的線路在導(dǎo)線振動(dòng)平穩(wěn)后振幅是16mm，而安裝0.3mm合金絲、90mm重球的形狀記憶合金相間間隔棒的振幅是12mm。可見在1m/s的風(fēng)速下，安裝形狀記憶合金相間間隔棒的線路減振效果十分明顯。

（二）其它風(fēng)速下的加載分析

把2m/s、3m/s風(fēng)速下的激振力加在5m一個(gè)節(jié)點(diǎn)為單位加在到線上，比較安裝兩種相間間隔棒在振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的振幅情況。取時(shí)間t=1000s，比較不同參數(shù)相間間隔棒導(dǎo)線在穩(wěn)定后的最大振幅，表1為2m/s、3m/s兩種風(fēng)速下振幅情況。

比較兩種情況的數(shù)據(jù)并分析，可以看出，在650m檔距的線路中，安裝形狀記憶合金相間間隔棒的縣路減振效果十分明顯，此新型間隔棒可以在線路中起到良好的減振效果。

四、結(jié)論

1）新型形狀記憶合金相間間隔棒和傳統(tǒng)的普通相間間隔棒相比，具有較好的抑制微風(fēng)振動(dòng)性能。

2）0.3mm形狀記憶合金絲和90mm重球組成的間隔棒減振性能最為突出，并且風(fēng)速越大，減振性能閱歷翔。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王洪，徐鴻.大跨越架空輸電線路分裂導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)及防振研究[D].北京：華北電力大學(xué)，能源與動(dòng)力工程學(xué)院，2009.

作者簡介：于海濤（1985-），男，吉林人，吉林化工學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院助教，碩士，研究方向：輸電方向。