有限元分析新型相间间隔棒性能

摘 要：对普通相间间隔棒进行改造，即在普通相间间隔棒内部安装阻尼器和重球。阻尼器的材料选择形状记忆合金丝，利用其特有的超弹性能达到减振的目的。建立了650m档距六分裂导线的有限元模型、普通相间间隔棒和此新型相间间隔棒的有限元模型，模拟不同风速下的风荷载。通过对安装普通相间间隔棒、形状记忆合金相间间隔棒的导线风荷载，用比较的方法验证此相间间隔棒的减振性能。

关键词：相间间隔棒；微风振动；形状记忆合金丝；有限元

一、形状记忆合金相间间隔棒设计

形状记忆合金相间间隔棒是安装在紧凑型线路相与相之间的圆截面细长杆件，在线路中除了起相间绝缘间隔与支承连接的作用。此新型相间间隔棒在原有普通相间间隔棒的基础上安装阻尼器和重球，阻尼器的阻尼材料选择形状记忆合金丝。导线在风的作用下会产生微风振动。当导线上下振动时，会带动间隔棒上下振动，因此通过惯性，重球也会随之振动， 从而使合金丝出现反复的拉伸，在往复的拉伸和恢复过程中消耗了能量，实现对导线的减振目的[ 3 ]。

二、有限元模拟

（一）六分裂导线有限元建模

六分裂线路的电压等级为500kv，长度为650m。导线型号为LGJ400/35。导线面积A=425.24mm2，导线直径d=26.82mm，计算拉断力P=103900N，单位长度质量G0=1349kg/km，线膨胀系数α=20.5×10-6/oC。本文采用link10单元模拟输电线，综合弹性模量为7.64，综合弹性模量为7.64×1010Pa，得到的导线有限元模型如图1所示。

（二）相间间隔棒有限元建模

相间间隔棒的作用是使各相导线之间保持一定距离，本课题选取了500kV输电线路的普通相间间隔棒进行有限元建模，弹性模量选取弹性模量为7×1010Pa，密度为7800Kg/m3，泊松比为0.28。间隔棒选取梁单元BEAM188来模拟。复合绝缘子串也选取梁单元BEAM188来模拟。

图2位相间间隔棒有限元模型图。形状记忆合金丝用congbine40单元来模拟，重球则利用MASS21质量单元来模拟。由于实验采用直径为0.3mm的NiTi各占50%的合金丝，刚度为103.5KN/m[ 4，5 ]。

三、加载分析

（一）风速为1m/s时的加载分析

根据风速为1m/s时微风激振力的大小情况，现将此风速下的微风激振力以5m一个节点为单位加在到线上，比较安装两种相间间隔棒在振动稳定时的振幅情况。激振力大小经计算可得是0.0289N/m，取时间t=1000s，得到导线在振动稳定时后的振幅情况。图4位普通相间间隔棒位移实诚曲线。对两幅图片进行分析和测量，可以得出，安装形状记忆相间间隔棒时的线路在导线振动平稳后振幅是16mm，而安装0.3mm合金丝、90mm重球的形状记忆合金相间间隔棒的振幅是12mm。可见在1m/s的风速下，安装形状记忆合金相间间隔棒的线路减振效果十分明显。

（二）其它风速下的加载分析

把2m/s、3m/s风速下的激振力加在5m一个节点为单位加在到线上，比较安装两种相间间隔棒在振动稳定时的振幅情况。取时间t=1000s，比较不同参数相间间隔棒导线在稳定后的最大振幅，表1为2m/s、3m/s两种风速下振幅情况。

比较两种情况的数据并分析，可以看出，在650m档距的线路中，安装形状记忆合金相间间隔棒的县路减振效果十分明显，此新型间隔棒可以在线路中起到良好的减振效果。

四、结论

1）新型形状记忆合金相间间隔棒和传统的普通相间间隔棒相比，具有较好的抑制微风振动性能。

2）0.3mm形状记忆合金丝和90mm重球组成的间隔棒减振性能最为突出，并且风速越大，减振性能阅历翔。

参考文献：

[1] 王洪，徐鸿.大跨越架空输电线路分裂导线的微风振动及防振研究[D].北京：华北电力大学，能源与动力工程学院，2009.

作者簡介：于海涛（1985-），男，吉林人，吉林化工学院经济管理学院助教，硕士，研究方向：输电方向。