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跨高铁输电线路振颤机理与防护措施研究
| 论文题名： | 跨高铁输电线路振颤机理与防护措施研究 |
| 关键词： | 架空输电线路;高速列车;风致振动;疲劳损伤;振动防护 |
| 摘要： | 近年发现，高速行驶的列车在穿越架空输电线路时，会引起输电线路发生一定程度的振颤。长期、频繁的振颤将加剧线路的疲劳损伤，增加线路断线及金具断裂的风险。因此，针对跨高铁输电线路的振颤特性及疲劳损伤进行研究，有利于揭示高速列车对输电线路的作用机理，指导输电线路的规划设计。研究跨高铁输电线路的振颤控制方法与防护措施，对提高电力系统运行安全与可靠性具有现实意义。 首先，论文分析了高速列车穿越输电线路对空间电场及流场的扰动作用。通过建立有限元模型计算了空间电场分布与线路所受电场力，并获得了列车穿越期间线路周围流场的变化规律。结果可见，高速列车穿越会对线路周围的电场与流场产生扰动，流场扰动是线路振颤的主要原因。列车头部与尾部经过线路时刻，流场扰动最为剧烈。 其次，将列车穿越引起的流场扰动作为激励，计算分析了输电线路的振颤响应特性。同时，通过现场测试数据与数值计算结果对比，验证了计算方法的有效性与可信性。结果可见，线路在列车风作用下发生十余秒的往复运动，振幅可达线路直径数倍。增加线路高度可有效减轻线路振颤，线路与铁轨相对位置也对线路振颤特性有较大影响。 进一步地，以线路振动响应为基础，基于Miner损伤理论计算高速列车穿越对输电线路的疲劳损伤。考虑自然风与列车风的作用，预测跨高铁输电线路的风致振动疲劳寿命，并讨论其主要影响因素。结果可见，高速列车穿越对线路的疲劳损伤作用可与自然风相当，频繁的列车风对输电线路疲劳寿命的影响不可忽视，跨高铁输电线路设计与保护需要考虑高速列车的影响。 最后，综合考虑载荷特征，针对输电线路与高速列车交叉区段，提出以阻尼弹簧防振锤作为振动控制方法、以楔形线夹作为后备保护措施的防护方案。通过数值仿真对阻尼防振锤进行参数及配置方法选择，计算线夹的承力可靠性，并进行试验测试。结果表明，所设计的阻尼防振锤可显著降低线路振幅，后备线夹能够对线路起到二次保护作用。 高速列车穿越对架空输电线路的振颤作用是一个新现象，本文对其进行了探索性研究，得到高速列车穿越对输电线路的扰动规律，探明其作用机理，并研究振动控制防护措施。研究结果可为重要跨越区段输电线路振动研究提供思路，为线路规划设计及振动控制防护提供理论依据。 |
| 作者： | 殷铭 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 何正浩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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