Содержание к диссертации
Введение б
1. Аналитический обзор литературы 12
1.1. Развитие задачи исследований 12
1.2. Обзор литературных источников по оценке влияния пляски проводов на устойчивость системы "генератор-линия-нагрузка" 14
1.3. Обзор литературных источников по пляске проводов воздушных линий электропередачи 15
1.4. Обзор литературных источников по методике исследования колебательных систем 18
1.5. Выводы по главе .22
2. Терморезонансные колебательные системы. Методика их исследований 23
2.1. Построение математической модели системы 24
2.2. Построение структурной схемы математической модели 27
2.3. Исследование устойчивости покоя терморезонансных систем по первому приближению .32
2.4. Устойчивость периодических решений. Методика решения уравнений, описывающих процессы в терморезонансных системах 34
2.5. Выводы по главе 39
3. Исследование терморезонансных моделей 40
3.1. Вертикальные терморезонансные колебания струны 40
3.1.1. Соотношение между параметрами системы 40
3.1.2. Дифференциальное уравнение движения термомеханического звена 44
3.1.3. Дифференциальное уравнение, характеризующее процессы, происходящие в системе
3.1.4. Определение коэффициента теплоотдачи 46
3.1.5. Решение уравнения теплового баланса 48
3.1.6. Определение периодических решений уравнения движения термомеханического звена и условий их устойчивости 49
3.1.7. Анализ результатов исследований 54
3.1.8. Определение частоты (t) и амплитуды (t) 55
3.1.9. Выводы 61
3.2. Горизонтальные колебания терморезонансной модели 64
3.2.1. Дифференциальные уравнения, описывающие процессы в колебательной системе 64
3.2.2. Анализ результатов исследований 69
3.3. Терморезонансные колебания в системах с распределенными параметрами 71
3.3.1. Дифференциальное уравнение движения провода в пролете 74
3.3.2. Дифференциальное уравнение, описывающее тепловые процессы в системе. Определение коэффициента теплоотдачи 80
3.3.3. Определение условий устойчивости периодических решений уравнения движения термомеханического звена 81
3.4. Анализ результатов исследований 83
3.5. Выводы по главе 85
4. Колебания терморезонансных систем в восходящих тепловых потоках 87
4.1. Дифференциальное уравнение движения термомеханического звена 87
4.2. Определение коэффициента теплоотдачи 89
4.3. Исследование устойчивости системы 90
4.4. Температурные колебания .93
4.5. Определение условий устойчивости стационарного режима и установившегося значения амплитуды колебаний термомеханического звена модели 96
4.6. Определение установившегося значения амплитуды колебаний механического звена реального участка ЛЭП 98
4.7. Методы управления процессом терморезонансных колебаний реальных участков ЛЭП 102
4.8. Выводы по главе 104
5. Экспериментальные исследования терморезонансных колебании 106
5.1. Экспериментальная установка для исследований 109
5.2. Эксперименты, выявляющие механизм возбуждения терморезонансных колебаний 1 5.2.1. Экспериментальный анализ зоны установления температурных колебаний 114
5.2.2. Экспериментальный анализ зоны квазиустановившихся температурных колебаний 117
5.3. Эксперименты, направленные на выявление численных значений параметров и соотношений между ними 119
5.3.1. Экспериментальное определение исходных параметров системы 119
5.3.1.1. Определение жесткости, собственной частоты "холодной" системы и коэффициента нелинейности 119
5.3.1.2. Измерение показателя затухания колебаний "холодной" системы 123
5.3.1.3. Определение коэффициента теплоотдачи покоящегося провода 123
5.3.2. Экспериментальное определение динамических характеристик системы L25
5.3.2.1. Зависимость провеса и частоты колебаний груза от разности температур нагрева провода модели и окружающей среды 126
5.3.2.2. Построение резонансной характеристики модели
5.4. Эксперименты, направленные на управление процессом колебаний 133
5.4.1. Экспериментальные исследования факторов, определяющих срыв колебаний 133
5.4.2. Мероприятия, обеспечивающие исключение терморезонансных колебаний на моделях 141
5.5. Реализация результатов работы 144
5.6. Выводы по главе 145
Выводы по работе 148
Литература 1
Введение к работе
В соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС I намечены основные направления развития энергетики в XI пятилетке. Планируется техническое перевооружение энергопромышленности, ввод новых энергетических мощностей, повсеместный режим экономии энергоресурсов. "...Какими бы темпами мы ни развивали энергетику,- отмечается в Отчетном докладе Центрального Комитета,- сбережение тепла и энергии и впредь будет важнейшей общегосударственной задачей... На экономию топлива и энергии должны быть направлены усилия каждого коллектива, каждого труженика". Ноябрьский (1982 г.) Пленум ЦК КПСС отмечает, что намеченная выработка электроэнергии по всем расчетам должна удовлетворить потребности в ней, но только при безусловном выполнении заданий по ее экономии. "Экономия только одного процента расходуемой электроэнергии снижает себестоимость и соответственно увеличивает прибыль индустрии примерно на полтораста миллионов рублей 2 . При решении общих задач, направленных на экономию электроэнергии, вопросы повышения надежности и бевпере-бойности всех звеньев энергосистемы выдвигаются на первый план 3 I.
Одним из факторов, определяющих надежность и бесперебойность работы энергосистемы,является состояние проводов линий электропередачи (ЛЭП). ЛЭП является одним из наиболее уязвимых звеньев в системе "генератор-линия-нагрузка" в связи с большой протяженностью и воздействием различных атмосферных условий.
При эксплуатации ЛЭП более пятидесяти лет тому назад было обнаружено явление, названное "пляской проводов" 4 . Пляска проводов - низкочастотные автоколебания, возникающие на ЛЭП и вызывающие схлестывание фаз, повреждение изоляторов, проводов, а в некоторых случаях и опор линий.
Из опыта эксплуатации воздушных линий электропередачи следует: 1. Аварийные ситуации, автоматические повторные включения, периодические изменения реактивных параметров линий, вызванные пляской проводов, могут являться причиной нарушения устойчивости системы "генератор-линия-нагрузка".
2. Современная теория пляски проводов является несовершенной и не может объяснить многие случаи колебаний, встречающихся в эксплуатации.
3. Защитные мероприятия, разработанные на основании современной теории пляски проводов, малоэффективны.
Эти обстоятельства определяют актуальность проведения работ, связанных со всесторонним изучением механизма возбуждения и поддержания автоколебаний проводов ЛЭП - важнейшего звена системы "генератор-линия-нагрузка"г, с разработкой мероприятий, направленных на исключение или снижение интенсивности этих колебаний.
Задачей диссертационной работы являются исследования автоколебаний и устойчивости анкерного участка ЛЭП с учетом тепловых процессов, происходящих в линии, определение источников, осуществляющих вклад энергии в колебательный процесс, экспериментальные исследования модели»
Целью исследовайий явилась разработка мероприятий по борьбе с вредными воздействиями этих колебаний в эксплуатации и на стадии проектирования.
Исследования производились на модели,представляющей собой провод, закрепленный на двух неподвижных опорах, имеющий разность температур с окружающей средой. Изменение температуры нагрева привело к возникновений колебаний провода модели, которые были названы терморезонансными В процессе теоретических разработок были использованы асимптотические методы нелинейной механики. В результате для систем с сосредоточенными и распределенными параметрами получены критерии существования терморезонансных колебаний.
Тепловая часть задачи исследовалась путем решения уравнения теплового баланса колебательной системы.
Эксперименты проводились на моделях с записью на шлейфовый осциллограф.
Научная новизна характеризуется тем, что в результате диссертационной работы определен новый, терморезонансный механизм возбуждения колебаний проводов линий электропередачи и приведены методы его анализа.
Дальнейший анализ других терморезонансных колебательных систем можно проводить, используя методику, предложенную в диссертационной работе, с применением тепловых коэффициентов, определяемых для каждого конкретного случая.
Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены экспериментальными исследованиями. Расхождение теоретических положений и экспериментальных исследований не превышает 10-15%.
Практическая ценность диссертационной работы состоит:
- в разработанном инженерном методе прогнозирования возможных случаев терморезонансных колебаний на ЛЭП как в условиях эксплуатации, так и на стадии проектирования;
- в разработанном технологическом способе управления процессом колебаний - выбор параметров технологического процесса передачи электроэнергии, исключающих возможность возникновения терморезонансных колебаний на ЛЭП;
- в разработанных конструктивных способах управления процессом терморезонансных колебаний участков ЛЭП - пружинно-пневмати- -ческий демпфер и геометрически устойчивая, теплоизолированная конструкция провода - кабеля. На геометрически устойчивую конструкцию провода-кабеля получено авторское свидетельство.
Промышленное использование результатов работы проведено на базе НИР (хоздоговорная тема ЮЬ/77 "Исследование деформаций и напряженного состояния в конструктивных элементах кабелей (проводов) в условиях подвижной эксплуатации". Номер гос.регистрации 77055387) и ОКР (х/д тема № 80/79 "Разработка серии геометрически устойчивых кабелей (проводов)". Номер гос.регистрации 79003573).
Дальнейшее внедрение предусматривает применение теплоизолированных, геометрически устойчивых проводов (кабелей) на длиннопро-летных антенных устройствах, работающих в режиме ЛЭП, с целью исключения на них терморезонансных колебаний (ОКР №416/83 "Разработка конструктивных и технологических решений по выбору и использованию стальных канатов и сталеалюминиевых проводов в большепролетных антенных конструкциях" с Государственным союзным проектным институтом, Главсвязьпроект).
Внедрение результатов работы и доля участия диссертанта подтверждена справкой о внедрении, выданной ХИИКСом на основании подлинных актов о внедрении №35/77 от 4.12.81 и 80/79 от 19.II.83 г., выданных опытно-конструкторским бюро кабельной промышленности, (0КБКП).
Общий годовой экономический эффект от внедрения разработок составил 200 (двести) тысяч рублей.
Работа состоит из введения, пяти глав,и общих выводов.
В первой главе проведен аналитический обзор литературы, в которой освещаются вопросы оценки влияния пляски проводов на устойчивость системы "генератор-линия-нагрузка", анализируется опыт эксплуатации линий электропередачи, приводится методика исследований колебательных систем.
Во второй главе дано определение терморезонансных систем, рассмотрен механизм возбуждения и поддержания терморезонансных колебаний, изложена общая методика их исследования.
В третьей главе приведены методы исследования терморезонансных моделей с соредоточенными и распределенными параметрами без учета влияния восходящих тепловых потоков. Определены значения амплитуды и частоты колебаний.
Четвертая глава посвящена изучению автоколебаний терморезонансной модели в восходящих тепловых потоках. Определены зоны динамической неустойчивости колебательной системы, амплитуда и частота колебаний.
В пятой главе описана методика экспериментальных исследований терморезонансных моделей. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментов и теоретических предпосылок для исследуемой модели. Приведены результаты экспериментальных исследований.
В общих выводах подведены итоги работы и предложены мероприятия по снижению интенсивности терморезонансных колебаний для реальных участков ЛЭП.
Исследования проводились на следующих действующих моделях:
1. Терморезонансная модель с сосредоточенными параметрами, работающая от стабилизированных источников переменного и выпрямленного напряжения. В системе наблюдались как вертикальные, так и горизонтальные колебания;
2. Модель анкерного участка ЛЭП с равновысоким подвесом проводов
- терморезонансная система с распределенными параметрами. На модели получены вертикальные и горизонтальные колебания. Расхождение экспериментальных результатов и теоретических препосылок находится в пределах 10-15%. Основные результаты работы изложены в б статьях, 2 авторских свидетельствах.
Научные итоги диссертации докладывались: на Всесоюзной конференции по проблемам прочности и долговечности стальных канатов, Одесса, 1979;
на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения городов ХИИКСа, 1980 и 1982;
на научной конференции профессорско-преподавательского состава ХИИКСа, 1981;
на республиканском научном семинаре АН УССР по проблеме "Кибернетика" на секции "Управление сложными технико-экономическими системами", Харьков, 1984.
