[发明专利]模拟覆冰荷载脱落的实验装置

说明书

本发明公开了模拟覆冰荷载脱落的实验装置，包括两个模拟电塔，搭设于两个模拟电塔之间的模拟实验导线，在模拟实验导线上通过电磁吸盘悬挂有至少一个模拟覆冰荷载，电磁吸盘连接有控制其通断的控制电路；所述模拟装置设置于试验小屋内，所述试验小屋设置有制冷设备，所述试验小屋内还设置有风动设备，风动设备用于模拟自然风；所述试验小屋顶部还设置有下雪设备，该下雪设备用于模拟自然下雪，所述试验小屋内还设置有摄像仪；本发明用于模拟实际的高压输电线路的脱冰过程，该实验装置设置于试验小屋内，该试验小屋用于模拟高压输电线路在实际使用过程所遇到的温度、风吹以及下雪的实际工况。

技术领域

本发明涉及高压输电线路测试装置，具体涉及一种模拟覆冰荷载脱落的实验装置。

背景技术

输电线覆冰是指空气中的水分或降雨因冻结而成冰霜的一种自然现象。在特定的温度和风等自然条件下，输电线覆冰脱落会引起电线的上下振动和横向摆动，极易造成闪络、跳闸等事故，甚至发生断线、杆塔倒塌，严重威胁整个供电系统的安全，给人们的生活带来了不便，也给经济发展带来了阻碍，造成了巨大的损失。输电线路覆冰事故一直是国内外电力系统严重的自然灾害之一。以2008年我国南方冰灾事故为例，从1月10日至2月初，华中、华东部分地区先后出现3次大范围的雨雪冰冻过程，输电线路覆冰非常严重，期间，湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的输电线路发生多起倒塔、断线、闪络等覆冰事故，导致南方部分地区电力中断、交通瘫痪等严重后果，直接经济损失达1100多亿元。根据统计，受灾区域内626条500kV线路累计停运119条，停运率19.01％；3658条220kV线路的停运率为9.38％。因此，研究覆冰导线脱冰后导线的振动响应对输电线路设计导线间距、确保线路的安全运行具有重要的工程实用价值。

目前,输电线脱冰跳跃的研究主要集中在模拟实验和数值仿真两方面，关于数值仿真研究的文献很多，无论是精细化有限元建模、脱冰瞬态响应计算，还是参数的影响分析都已进行了比较系统、深入的研究,本文不再赘述。在模拟实验方面，Morgan等人采用档中悬挂集中质量的方法模拟覆冰，在一个132k V的五档输电线路上进行脱冰实验，测得各档架空线的跳跃高度。加拿大Jamaleddine等人在魁北克省电力研究院(IPEQ)根据人工气候室尺寸大小，设计档距仅为3.22m的两档架空线缩小模型，架空线真实覆冰后对多种脱冰情形进行了模拟，测量了架空线的最大跳跃高度、各个挂点的张力变化等。正春等人在孤立档导线上进行了脱冰模拟实验，采用悬挂重物模拟覆冰，进行整档导线脱冰模拟实验，对跨中的导线张力进行了测量。孟晓波等人采用集中荷载的方法模拟导线覆冰，在235m尺度的孤立档模型或连续档模型上，进行了整档和局部脱冰工况下的脱冰跳跃模拟实验，获得了导线动态位移和动态张力的变化规律。刘春城以某特高压输变电工程中的黄河大跨越段为原型，对覆冰条件下五塔四档塔线体系模型的脱冰冲击响应进行模拟实验，获得输电杆塔的最不利脱冰工况和位置。蒋兴良等人在自然覆冰实验站开展了直流融冰实验，记录并观测了孤立档导线在脱冰过程中的跳跃幅度。杨文刚等人针对孤立档模型，分别采用人工覆冰法和集中质量法模拟覆冰，进行脱冰振动实验，并对比研究了两种覆冰模拟方法对脱冰动张力实验结果的影响。上述文献在脱冰模拟实验方面有各自关注的重点，大多实验只关注了瞬时脱冰，而实际中输电线路的脱冰是一个链式过程，在脱冰的过程中也是有防震装置存在的，同时在已有的实验中很少有对于高差的研究，但实际中，有很多输电塔线是建立在高山中的，需要考虑实际工况中的高差影响，所以现有的实验模拟是有不全面之处的，本文的实验是在杨文刚实验的基础上进行改进，综合考虑了高差、防震装置、模型的动力相似、脱冰方式、脱冰工况的多样性，同时使用精度达到纳米级别的高速摄像仪DIC-3D准确测量脱冰跳跃过程中位移的变化来反映单跨输电线路脱冰振动响应。实验模型源于具体的工程背景，且参数设计完全满足动力相似的要求，更加接近于实际工况，为我们的输电线路的设计提供足够的理论支持。实验采用了电磁铁控制模拟冰荷载的脱落，通过PCL电路图的设计控制模拟冰荷载的脱落位置和脱落时间，有效地模拟工程上各种复杂的脱冰工况。