关于在故障情况下间隔棒受力的研究 - 4 (恢复)

关于在故障情况下间隔棒受力的研究摘要

在故障条件下最大压缩力对间隔棒作用的知识对于合理设计结构强度来说是十分必要的。通过广泛调查研究，这些知识无论从理论上还是实践中都被阐明，这使得根据所有相关线性参数和给出的故障电流持续时间计算最大力成为可能。

为了达到一般都正确的结果，在故障电流下的压缩力的反应随时间的变化被调查，结果表明了理解这一动态现象并且以正确的数学形式表达是非常必要且重要的。我们已经发现故障电流和故障时间必须分别考虑，因为测定间隔器的最大力不能像计划的那样结合成一个参数。

为调查动态动作设立的数学模型被表明和实验检验是非常一致的。

介绍

间隔棒的结构强度必须比通过故障电流加在间隔棒上的最大压力还要大。间隔棒必须经受这样的力而没有损坏。所以分裂导线的间距可以在故障间隙得到恢复。在闭环网络系统中，这项要求的重要性就更加突出了，因为在闭环网络可能有非常高强度的故障电流。

在不同的情况下，我们主张必须要知道最大压力可能加在哪一个间隔棒上。当前的调研旨在表明一个普遍规律，让人们发现间隔棒中动态力线性参数表达的函数。线性参数包括：故障电流大小，故障电流持续时间，机械张力，导线间直径距离和间隔棒弹力等。

在这个意义上加在有故障电流的间隔棒的动作被探索且用方程式表达，导出了一个关于动态动作的数学表达式。

关于作用在间隔器上的动态作用的描述

在双分裂导线上施加故障电流最常见的情况，长时间持续（导线束达到稳定故障状态），随着时间压缩力变化如图 1 （a）、（b）。图（a）、（b）分别记录了试验中自由间隔棒和固定间隔棒的典型的波形图记录。获得力的记录所采用的技术在附录Ⅲ中描述。

当故障出现并且逐步以低于最初速率高于之后速率的速度逐渐上升的瞬间压缩力出现。t Pmax取决于故障电流和间隔棒系数，在t Pmax之后力达到最大值P max，然后经历一系列波形逐渐减小的振动，逐步达到一个定值。

为了检查动态动作产生力的变化，假设由分裂导体轴心所在曲面是一个平面，分裂导线的运动发生在这一平面（图2）。与分裂导线中吸引力、机械张力比较

忽略分裂导线重力对分裂导线运动的影响结果是一样的。这样的假设大大简化了实验，仍然得到正确的分裂导线在间隔棒上的倾角，正如我们所料，计算所得压缩力与实际在间隔棒上是一样的。

图1 在持续故障电流情况下力在间隔棒上的典型振动。双鹬导线、间距0.4米，每根电缆张力3300kg、对称故障电流I CC=1.25kA。（a）固定间隔棒；（b）自由间隔棒。

分裂导线束起初静止，如图2（a）所示，施加故障电流后会产生吸引力，分裂导线相互吸引开始相向运动。在这一瞬间，分裂导线开始动作，反应波作用在间隔棒上，并且反应波以速率v向着次档距的中心开始传播。如图2（b）所示。由于运动分裂导线弯曲，相应地，压缩力产生在间隔棒中。在任何时刻，压缩力的值表示为P=2H tg α，H是在分裂导线中的机械张力，α是在间隔棒中分裂导线的偏角。

图2 分裂导线束动态现象

给定的时刻t i次档距的中间部分承受着相互的作用力，如图2（c）所示。在t i之后分裂导线部分继续运动并没有接触，直到外形在作用力作用下达到平衡，如图2（d）所示。然而在这一时刻，它们拥有一定量的动能。因此它们围绕平衡位置振动。直到所有能量消失。

在这个振动周期中，在第一个振动周期的最后一节，间隔期中分隔导线的倾角达到最大值，如图2（e）所示。理所当然的，间隔器中的力也达到最大值。如果机械张力可以近似看作常数（见附录Ⅱ）P max的值等于2H tgαmax。第一个周期的运动在碰撞之前力增长的速率低于碰撞后到第一次峰值的速率。

故障清除后，分裂导线束分开，拉力产生，然而，因为普通间隔棒的拉力强度不低于压力强度，所以，当前研究仅限于研究压力。

因为这种动态现象发生在子跨度的结束部分，与子跨度长度无关，所以跨度长度不会影响间隔棒中的压力。

图3所示是随着故障电流变大力的变化，其他线性系数均保持不变。当引力变大，平衡时弯曲角度也变大，且力的最大值也变大。此外，因为在分裂导线运动中有更高的速度，达到峰值时要求的时间降低。

图3 在故障电流下间隔棒上压缩力的变化。

曲线1：I CC=12.5kA; 曲线1’:CC=21kA.

显然，最大压缩力与第一次振动的最大振幅一致。只有当故障时间足够长允许在间隔棒中动作直到分裂导线达到相应的平衡外形时发生。如果在这之前故障电流清除，动作在故障清除瞬间几秒后停止，所以压缩力结果比长时间故障持续要稍微高一点。如图4所示。这使得实际中判定力也要考虑故障电流大小和故障时间长短中根据任一个系数。

图4 固定间隔棒在不同故障电流下的振动记录。双鹬导线、间距0.4米，每根电缆张力3300kg、对称故障电流I CC=13kA.（a）持续故障电流；（b）t CC=0.06s；

（c）t CC=0.11；（d）t CC=0.20s

首先，力的最大值和相应的时间将会根据故障电流和线性系数用接下来的段落介绍的方法计算出来。如果故障持续时间等于或者超过最大值时间，最大压缩力将会得到相同的最大力。然而，确认更短的持续时间。最大力将由故障时间通过力在最大值之前的力的变化公式将会被计算出来。

无论是那种情况，我们都可以发现最大力的知识是必要的。此外，因为高电流降低峰值时间。最大力降低故障持续时间的可能性随着故障电流增大而增大。因此，拓宽最大值的研究范围是必要的。

对于自由间隔棒，动态动作和这些原则一致，然而，极大值会降低。因为间隔棒自由部分会变形。

分裂导线束动态动作数学模型分析

一个分裂导线束动态动作的数学模型必须要建立。建立数学模型的目的是获得计算峰值力和峰值时间的恰当关系。在分析调查中两个不同的阶段可以被区分。相应地分别对应不同级别的近似值。

分裂导线在恒定故障情况下运动直到压紧且表面平衡

分裂导线之间压紧的时间和在恒定故障情况下的压缩力。在间隔棒上的压紧力可以被计算出来。简单化的假设如下所示。

1）假设分裂导线绝对自由，以至于在机械张力作用下的间隔棒的倾角可以认为是间隔棒上的典型压缩力。

2）机械张力假设恒定，换句话说，在动态动作过程中细微的变化的结果被忽视。对于子跨度的平常值，这个假设无论在理论上（见附录Ⅱ）还是实际记录动态动作中的机械张力（见附录Ⅲ）都可以认为是有效的。

3）最后，分裂导线束和它的外形平衡被研究，正如先前所说的，在由分裂导线轴心定义的弯曲的表面等重力忽略不计。

决定分裂导线冲击时间的因素：假设分裂导线的一部分d

属于无

x

限长的分裂导线束，得到分裂导线运动公式。与x轴一致的是分裂导线束轴心，y与之垂直（如图5所示）。

导线元素d x的吸引力：