[發明專利]山火誘發鋼結構桿塔結構失效的仿真模擬和安全預警方法

有效

• 申請號: 201811395770.5
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109492925B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 尤飛;楊鵬;徐厚才;周俊輝;王勝
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明涉及一種山火誘發鋼結構桿塔結構失效的仿真模擬和安全預警方法，基于分布式非接觸傳感器、多天線分集合成接收方式和遠程服務器，通過Fluent分析山火時變空間溫度場，利用ANSYS/ABAQUS/COMSOL等非線性有限元分析工具進行結構抗火檢驗，將兩者耦合并實施動態模擬、閾值對比和圖像擬合，建立針對鋼結構桿塔抗火特性及漸變性應力損益、應力形變和倒塌危險等級判定的理論計算、非線性有限元仿真模擬和數據分析模型。優點：為各種塔形和各電壓等級輸電線路鋼結構桿塔的規劃、設計和運行維護提供指導，實現鋼結構桿塔及智能電網安全運營和結構失效預警。

技術領域

本發明是一種山火誘發鋼結構桿塔結構失效的仿真模擬和安全預警方法，屬于山火防治模擬預測技術領域。

背景技術

輸電線路是智能電網運行的命脈，目前國內外輸送電力的主要方法之一是采用高空架空輸電線路，而輸電線路桿塔則是智能電網不可或缺的重要基礎設施。近年來因為我國電網建設得到長足發展，越來越多輸電線路經過植被茂密的山區，并通常因循線路方向在山頭鋪設高壓輸電線路桿塔。然而，這種情況下，山火發生和發展不可避免，對輸電線路及其構成要素的安全運營造成長期性嚴重威脅。

近幾年來，全國范圍內（中國國家電網公司和中國南方電網公司轄區）輸電線路走廊區域日益受到山火侵擾，過火區域往往深入到塔基部分，對高壓輸電線路鋼結構桿塔抗火等級提出預期要求，亟須避免出現桿塔結構元件出現漸變性結構失效、傾斜、變形甚至倒塌和電網瓦解等二次災變事件，確保電力系統的安全性和可靠性。然而，此點在當前《220kV~500 kV 緊湊型架空輸電線路設計技術規程》（DL/T 5217-2013）、《110kV~750kV架空輸電線路施工及驗收規范》（GB 50233-2014）、《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》（DL/T5154-2012）、《特高壓架空輸電線路桿塔結構設計技術規程》（DL/T 5486-2013）、《110kV~750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）、《110kV~500kV架空送電線路設計技術規程》（DL/T 5092-1999）等國家標準和電力部門規范中均未涉及和體現。

山火類型依次可以分為中速和高速（蔓延速率分別在2.1~20.0 m/min和20.0 m/min以上）的中高強度的地表火、樹冠火和沖冠火或地表火后轉為樹冠火，最高樹冠火羽流溫度和持續時間分別超過1330 ℃和低于3.0 s。然而鋼結構桿塔表面受150 ℃左右熱輻射時，鐵質塔材即開始出現塑性蠕變；溫度在600 ℃左右時，塔材屈服強度直接趨于零值。在山火環境下高壓輸電線路桿塔必然有完全喪失承載能力的風險，迫切需要從“治本” 角度進行專項應用基礎性科學研究。

然而就國內外高壓輸電線路山火火災研究情況來看，大部分仍然以山火火災形成環境分析為主，對高壓輸電線路鋼結構桿塔抗火設計和耐火特性研究仍然處于空白狀態。本專利可就此提供總體解決方案。

發明內容

本發明提出的是一種山火誘發鋼結構桿塔結構失效的仿真模擬和安全預警方法，其目的在于針對現有技術對高壓輸電線路鋼結構桿塔抗火設計和耐火特性研究仍然處于空白狀態的缺陷，針對山火條件下高壓輸電線路鋼結構桿塔抗火特性和倒塌危險等級判定開發數據分析模型。對高壓輸電線路鋼結構桿塔的抗火特性進行模擬及預警設計，為各種高壓、超高壓和特高壓等級別交直流輸電線路鋼結構桿塔的規劃、設計和運行維護提供指導，確保電網的可靠和穩定運行。

本發明的技術解決方案：山火誘發鋼結構桿塔結構失效的仿真模擬和安全預警方法，包括以下步驟：

（1）三維CAD圖紙模型和特征數據庫建立；

（2）分布式非接觸式傳感器數據回傳；

（3）高壓輸電桿塔構件受火熱流場架構和桿件金屬表面溫度場分析；

（4）桿塔結構元件失效準則和抗火預警系統建立；

（5）山火誘發鋼結構桿塔結構失效仿真模擬實驗；