架空覆冰输电线路舞动研究进展学术报告

本文由闵光云（中山大学中法核技术与工程学院）、赵鑫（成都大学建筑与土木工程学院）、刘小会（重庆交通大学土木工程学院）合作撰写，发表于《南方能源建设》2023年第5期，是一篇系统性的综述论文。文章聚焦于架空覆冰输电线路舞动（galloping）的研究现状与未来挑战，全面梳理了弯曲刚度、气动力系数、数值仿真、舞动方程解析方法等关键领域的进展，并提出了未来研究方向。

主要观点与论据

1. 弯曲刚度对舞动特性的影响

研究指出，传统索单元理论常忽略弯曲刚度，但实际工程中特大直径输电线（如大跨越分裂导线）的弯曲刚度会显著改变其自振频率及舞动特征。
- 理论修正：赵跃宇团队通过哈密顿变分原理推导了考虑弯曲刚度的三自由度耦合振动方程，发现弯曲刚度会使内共振条件偏移，且幅值和拍频增大（文献5,6）。
- 边界条件差异：肖一等对比了固结与铰接悬索的动力学行为，修正了既有结论（文献7,8）。
- 工程阈值：刘小会等提出档距小于300米时需考虑弯曲刚度，否则可能低估振幅（文献15-17）。

2. 气动力系数的研究方法与挑战

气动力系数是舞动分析的核心参数，文章对比了三种研究方法：
- 现场监测：如湖北中山口地区的实测数据具有工程参考价值，但成本高、周期长（文献20-22）。
- 风洞试验：李万平团队通过覆冰单导线和双分裂导线试验，揭示了冰厚、风速对气动力系数的影响（文献23-25）；楼文娟等进一步验证了六分裂导线的起舞风速（文献29）。
- 数值仿真：CFD（计算流体动力学）模拟与风洞试验结果误差可控，可降低成本（文献31-33）。但复杂工况（如湍流）下精度受限。

3. BP神经网络在气动力系数预测中的应用

文章探讨了BP神经网络（反向传播算法）的潜力：
- 案例验证：李林、Chen等成功预测桥梁断面和翼型气动力系数（文献37-40）。
- 局限性：目前针对覆冰导线的研究较少，需优化数据预处理和隐含层设计以提高多参数（风速、覆冰形状等）下的预测精度。

4. 数值模拟的进展与瓶颈

• 模型简化：早期研究集中于单导线，舞动轨迹多呈垂直椭圆形（文献44-49）；严波等通过Abaqus自定义单元模拟分裂导线，发现档距和湍流影响显著（文献53）。
  
• 计算效率：自激振动需长时间能量积累，大增量步导致收敛困难（文献50-52）。刘小会开发的梁单元可提升大位移模拟效率（文献50）。
  

5. 舞动理论分析方法比较

文章评述了五种解析方法：
- 多尺度法：适用于分析内共振模式，但高维系统降维复杂（文献68-71）。
- 增量谐波平衡法：精度高但计算量大（文献77）。
- 同伦分析法：可优化参数，但对非线性问题适应性有限（文献78-80）。

研究意义与价值

本文的价值体现在：
1. 工程指导：明确了弯曲刚度的临界档距（300米）、气动力系数的高效获取方法（CFD与风洞结合），为防舞设计提供依据。
2. 方法论创新：提出BP神经网络和高效数值算法的应用前景，推动多学科交叉研究。
3. 未来方向：建议结合深度学习优化多档导线全局分岔分析，并开发低成本高精度的混合实验-仿真平台。

亮点总结

• 系统性：覆盖从理论模型到工程应用的完整链条。
  
• 批判性：指出既有研究的不足（如多档导线建模不足、BP神经网络数据匮乏）。
  
• 前瞻性：强调人工智能与非线性动力学结合是未来突破点。
  

本文为覆冰输电线路的安全运行与防灾研究提供了重要参考，尤其对高寒地区电网建设具有实践意义。