[發(fā)明專(zhuān)利]220kV輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810495425.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108710763A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦永堅(jiān);汪楚錕;田冬冬;賀博;趙明曦;薄明明;孔強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種220kV輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰仿真方法，包括以下步驟：（1）覆冰輸電塔線(xiàn)耦聯(lián)體系有限元建模；包括利用單元鏡像命令對(duì)鐵塔進(jìn)行建模；對(duì)絕緣子及分裂導(dǎo)線(xiàn)間隔棒建模；對(duì)分裂子導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)建模；（2）對(duì)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系進(jìn)行找形；（3）輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰載荷計(jì)算；（4）輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰?風(fēng)載荷計(jì)算；（5）覆冰下響應(yīng)計(jì)算及數(shù)據(jù)提取分析。本發(fā)明采用單元鏡像命令進(jìn)行精細(xì)化塔線(xiàn)有限元建模，建模周期短，計(jì)算效率高；根據(jù)分裂導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際排列方式建模，考慮了分裂導(dǎo)線(xiàn)子導(dǎo)線(xiàn)間的耦合作用，模型更加精細(xì)。本發(fā)明將解析法及有限元法相結(jié)合對(duì)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行模擬，解決了架空線(xiàn)有限元建模及找形的技術(shù)難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種220kV輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰仿真方法，屬輸電線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

輸電線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保障電能傳輸?shù)年P(guān)鍵。我國(guó)是發(fā)生輸電線(xiàn)路覆冰事故較多的國(guó)家，在冬季，長(zhǎng)期的低溫與凍雨、降雪等天氣條件下，輸電導(dǎo)、地線(xiàn)及桿塔表面會(huì)附著積雪形成覆冰。覆冰會(huì)引發(fā)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的力學(xué)失效，從而導(dǎo)致倒塔、斷線(xiàn)等機(jī)械損傷事故，導(dǎo)致大面積的線(xiàn)路故障。目前我國(guó)采用的設(shè)計(jì)規(guī)范中，鐵塔荷載計(jì)算將塔和導(dǎo)線(xiàn)分開(kāi)考慮，設(shè)計(jì)桿塔時(shí)的覆冰荷載驗(yàn)算也是針對(duì)固定的工況，對(duì)于極端天氣情況下輸電線(xiàn)路的實(shí)際過(guò)載能力則無(wú)法考慮。而實(shí)際的輸電線(xiàn)路是由多個(gè)輸電鐵塔及導(dǎo)地線(xiàn)連接而成的整體，在外部荷載的作用下，輸電鐵塔、絕緣子以及架空線(xiàn)之間會(huì)相互影響。頻發(fā)的覆冰事故暴露出現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范存在著一定的局限性，難以滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行的需求。因此需要考慮輸電塔—線(xiàn)—絕緣子的耦合特性，建立更為合理的分析模型。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰的仿真分析做了大量研究，并取得了一定的成果，但是仍然存在以下不足：1.現(xiàn)有研究多采用等效處理的方式，即將分裂導(dǎo)線(xiàn)等效為一根導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行分析，忽略了子導(dǎo)線(xiàn)之間的耦合。2.實(shí)際輸電線(xiàn)路同一耐張段內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)水平應(yīng)力處處相同，線(xiàn)路建設(shè)竣工時(shí)懸垂絕緣子會(huì)保持在豎直狀態(tài)，而現(xiàn)有研究大多忽略了建模過(guò)程中對(duì)導(dǎo)線(xiàn)賦予相同初應(yīng)變而導(dǎo)致的直線(xiàn)塔絕緣子偏移，沒(méi)有對(duì)塔線(xiàn)體系進(jìn)行初始找形，或者考慮了塔線(xiàn)體系的初始找形，但是計(jì)算較為復(fù)雜且收斂速度慢。3.在覆冰的計(jì)算與有限元仿真中，通常假設(shè)覆冰在架空線(xiàn)表面均勻分布，采用多種等效的方法進(jìn)行覆冰的模擬，對(duì)動(dòng)力作用下覆冰的慣性沒(méi)有進(jìn)行充分考慮；4.現(xiàn)有研究方法多是針對(duì)覆冰單一工況的研究，而實(shí)際輸電線(xiàn)暴露在惡劣的自然環(huán)境下，必須考慮多種耐候性考驗(yàn)，且線(xiàn)路覆冰通常伴隨著微風(fēng)，需要考慮覆冰載荷和微風(fēng)載荷共同作用下的響應(yīng)特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，針對(duì)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰的仿真分析的現(xiàn)行研究存在的不足，提出一種220kV輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰仿真方法，集建模、找形、覆冰計(jì)算為一體。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種220kV輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰仿真方法，所述方法包括以下步驟：

(1)覆冰輸電塔線(xiàn)耦聯(lián)體系有限元建模；包括利用單元鏡像命令對(duì)鐵塔進(jìn)行建模；對(duì)絕緣子及分裂導(dǎo)線(xiàn)間隔棒建模；對(duì)分裂子導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)建模；

(2)對(duì)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系進(jìn)行找形；

(3)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰載荷計(jì)算；

(4)輸電線(xiàn)路塔線(xiàn)耦聯(lián)體系覆冰-風(fēng)載荷計(jì)算；

(5)覆冰下響應(yīng)計(jì)算及數(shù)據(jù)提取分析。

所述塔線(xiàn)耦聯(lián)體系有限元建模方法如下：

輸電線(xiàn)在自然懸掛狀態(tài)下所形成的形狀為懸鏈線(xiàn)；架空導(dǎo)線(xiàn)的懸鏈線(xiàn)方程式：

式中：L_h＝0為等高懸點(diǎn)架空線(xiàn)的懸鏈線(xiàn)長(zhǎng)度(m)；σ₀為弧垂最低點(diǎn)的軸向應(yīng)力(MPa)；γ為架空線(xiàn)自重比載(MPa/m)；q為架空線(xiàn)的單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/km)；A為架空線(xiàn)的截面積(mm²)；h為架空線(xiàn)兩端懸掛點(diǎn)的高差(m)。