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本研究的主要作者为Chao Zhou、Jiaqi Yin和Yibing Liu，均来自华北电力大学能源动力与机械工程学院。研究于2018年4月28日发表在期刊《Energies》上。
本研究的主要科学领域为电力传输系统的力学行为分析，特别是架空输电线路在风雨条件下的摆动行为。近年来，由于风雨共同作用导致的架空导线大幅度摆动引发了多次闪络事故，严重威胁了电力传输系统的正常运行。然而，风雨共同作用下导线大幅度摆动的机理尚未完全明确。因此，本研究旨在通过建立统一模型并推导稳定性准则，分析风雨条件下架空导线的大幅度摆动行为。
研究流程包括以下几个主要步骤：
模型建立与理论分析
研究首先建立了一个描述风雨条件下架空导线大幅度摆动的理论模型。该模型考虑了风速、上部水线（upper rivulet）运动、降雨率和雨载荷对导线摆动的影响。模型通过有限元法求解，并利用模拟风雨试验获得的气动系数进行验证。
实验设计与实施
研究设计了一个开放回路风洞实验装置，测试段尺寸为1.3米（宽）×1.3米（高），最大风速可达50米/秒。实验模型为直径30毫米、长度1.8米的铝钢导线。实验装置包括一个水箱和两套降雨模拟设备，每套设备由潜水泵、控制阀、水管和全喷式喷头组成。导线通过弹簧悬挂在两个垂直矩形支撑框架上，弹簧系统设计用于捕捉导线在沿风向和横风向的运动。
数据采集与分析
实验中使用加速度传感器测量导线的响应信号，并通过压力环测量导线表面的瞬时流体力。研究还通过Kaimal谱模拟随机风场，并采用泰勒级数展开法对气动力系数进行分析。
数值模拟与验证
研究通过有限元法对典型500千伏输电线路进行数值模拟，计算了导线在风雨条件下的摆动幅度。模拟中考虑了风速、降雨率、气动阻尼等因素的影响，并与实验结果进行对比验证。
模型验证与气动系数分析
实验结果表明，当攻击角（attack angle）λ接近69°时，气动升力和阻力系数的导数发生突变，导致气动阻尼变为负值，从而引发导线的大幅度摆动。这一现象在风速接近10米/秒时尤为明显。
摆动幅度的比较
数值模拟结果显示，风雨条件下导线的峰值摆动幅度明显大于仅受风作用时的摆动幅度。在风速接近10米/秒时，导线的摆动幅度达到3.5米，约为仅受风作用时的2.5倍。
闪络距离的分析
研究还计算了不同降雨强度下的闪络距离（clearance distance）。当风速接近10米/秒时，闪络距离降至1.92米，接近实验测得的闪络距离1.83米。在风速为25米/秒时，闪络距离为1.83米，明显高于中国现行设计规范中500千伏线路的最小允许闪络距离1.3米。
本研究通过建立统一模型并推导稳定性准则，揭示了风雨条件下架空导线大幅度摆动的机理。研究结果表明，风速接近10米/秒时，气动阻尼的负值效应导致导线的大幅度摆动，且风雨共同作用显著增加了导线的摆动幅度。此外，研究还指出，现行设计规范可能低估了风雨条件下导线的摆动幅度，建议在设计输电线路时考虑风雨的影响。
创新性模型
本研究首次提出了一个统一模型，用于分析风雨条件下架空导线的大幅度摆动行为，并推导了相应的稳定性准则。
实验与数值模拟的结合
研究通过风洞实验和数值模拟相结合的方法，验证了模型的准确性，并揭示了气动阻尼在导线摆动中的关键作用。
实际应用价值
研究结果对电力传输系统的设计和运行具有重要指导意义，特别是在风雨条件下导线的摆动控制和闪络预防方面。
研究还提出了一个在线预警方法，用于监测风雨条件下输电线路的摆动行为，并建议在设计输电线路时引入降雨影响系数，以修正最小允许闪络距离。这一方法为电力系统的安全运行提供了新的技术手段。
通过本研究，研究人员不仅揭示了风雨条件下架空导线大幅度摆动的机理，还为电力传输系统的设计和运行提供了重要的理论依据和技术支持。