作者与发表信息
本研究由刘竹丽（郑州大学机械与动力工程学院）、霍翔宇（郑州大学）、伍川（国网河南省电力公司电力科学研究院，河南省电力线路舞动防治技术重点实验室）等学者合作完成，论文《考虑耐张绝缘子串的八分裂输电线路舞动特性研究》发表于《Chinese Journal of Applied Mechanics》2023年10月第40卷第5期，文章编号1000-4939(2023)05-1085-11。
学术背景
本研究属于输电线路动力学与流固耦合领域，针对特高压直流输电工程中八分裂导线在覆冰条件下的舞动（galloping）现象展开。舞动是输电线路在风载荷下由气动力激发的低频大振幅振动，振幅可达导线直径的5-300倍，频率范围为0.1-3Hz，对电网安全构成严重威胁。传统研究常简化耐张绝缘子串（strain insulator strings）连接形式，而实际工程中多联耐张绝缘子串的结构差异显著影响线路动力特性。研究以2018年昌吉-古泉±1100kV特高压直流线路舞动事故为工程背景，旨在通过数值模拟揭示不同耐张绝缘子串连接形式对八分裂输电线路扭转刚度（torsional stiffness）、动力特性及舞动行为的影响规律。
研究流程与方法
研究包含四个关键环节：
气动特性分析
基于FLUENT软件建立新月形覆冰八分裂导线的二维绕流场模型，计算全攻角范围（0°-360°）的气动力系数（aerodynamic coefficients），包括升力系数（Cl）、阻力系数（Cd）和扭矩系数（Cm）。采用12m×12m计算域，结构化网格划分，导线周围5倍直径范围加密，网格总数约72万。通过邓哈托系数（Den Hartog coefficient）和尼格尔系数（Nigol coefficient）判定舞动激发临界区间。
扭转刚度与动力特性仿真
在ABAQUS中建立单档八分裂线路三维有限元模型，导线采用Rayleigh阻尼（阻尼比0.02），释放Euler梁单元的弯曲自由度模拟索单元特性。对比单联、双联、三联、四联、六联及无耐张绝缘子串六种连接形式：
舞动特性数值模拟
将气动力系数耦合至有限元模型，通过用户自定义单元实时计算动态攻角下的气动载荷。设置10m/s风速、180°初始攻角条件，分析不同耐张绝缘子串形式的舞动幅值（amplitude）、位移时程和运动轨迹。在档距1/4点及中点处记录竖直、水平和扭转三方向响应。
参数影响研究
针对六联耐张绝缘子串模型，分析：
主要研究成果
1. 气动特性与稳定性
背风面子导线受尾流影响显著，气动系数在180°-360°攻角区间出现剧烈波动。邓哈托舞动敏感区间为170°-190°，尼格尔舞动敏感区间更广（40°-145°、220°-280°等），预示扭转耦合风险。
扭转刚度差异
单联耐张绝缘子串线路扭转刚度（337.7N·m/rad）显著低于多联（六联357.4N·m/rad）和无绝缘子串（360.8N·m/rad），刚度降幅达5.5%。扭转角增大时，单联模型刚度下降率（4.5%）高于多联（约2.5%）。
动力特性变化
双联至六联线路固有频率相近（竖直单半波0.248-0.251Hz），易激发竖直-水平耦合振动；单联线路出现三自由度耦合（竖直0.245Hz、水平0.141Hz、扭转0.210Hz）；无绝缘子串线路以竖直双半波（0.283Hz）与扭转单半波（0.289Hz）耦合为主。
舞动形态特征
多联耐张绝缘子串线路舞动呈现稳定单半波形态（峰值频率0.242Hz），竖直幅值最大（中点处3.87m），运动轨迹为竖直椭圆；单联线路表现为双半波耦合振动，幅值包络波动大（差值>1.5m），扭转分量显著；无绝缘子串线路出现水平椭圆轨迹。
参数敏感性
结论与价值
研究首次系统揭示了多联耐张绝缘子串对特高压八分裂线路动力特性的影响机制：
1. 多联连接可提升5.5%以上扭转刚度，有效抑制扭转耦合；
2. 六联绝缘子串线路的竖直舞动幅值较单联增大19%，但运动更稳定；
3. 风速10m/s、攻角180°为最危险工况。
工程价值在于为特高压线路的防舞设计提供理论依据：（1）需考虑实际绝缘子串连接形式；（2）建议优先采用多联布置以降低扭转风险；（3）为动态载荷计算提供修正系数。
研究创新点
1. 首次建立包含多联耐张绝缘子串的八分裂导线流固耦合模型；
2. 提出基于节点连接的扭转刚度量化方法，揭示连接形式-刚度-频率关联性；
3. 发现多联布置使舞动形态从复杂耦合转向单一竖直主导的特征转变现象。
补充发现
1. 由于静态与动态气动系数差异，实际舞动区间可能比理论预测更广；
2. 子间隔棒（FJZH-550/1250D型）的分布密度可能影响模态特性，需后续研究。数据与模型已通过国网科技项目（5217021800F）验证，可扩展至其他分裂数线路分析。