[發(fā)明專(zhuān)利]一種任意高差覆冰輸電線路脫冰最大跳躍高度的算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911028659.7
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110968935B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游溢;何成;高榮剛;張龍;晏致濤;趙建平;王欣欣;李孟珠;董新勝;莊文兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院;重慶科技學(xué)院;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F119/14;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 重慶蘊(yùn)博君晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50223
• 代理人: 鄭勇

1.一種任意高差覆冰輸電線路脫冰最大跳躍高度的計(jì)算方法，其特征在于：

S1、任意高差覆冰輸電線路脫冰狀態(tài)分析

將輸電線路脫冰狀態(tài)分為四種，包括：

狀態(tài)I：任意高差輸電線未覆冰狀態(tài)，在重力作用下，輸電線路呈懸鏈線關(guān)系；

狀態(tài)II：任意高差輸電線路覆冰后狀態(tài)，在重力作用下，輸電線路發(fā)生下垂，產(chǎn)生垂度位移；

狀態(tài)III：脫冰后，輸電線路發(fā)生跳躍，在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，輸電線路達(dá)到最大跳躍高度；

狀態(tài)IV：脫冰振動(dòng)后，輸電線路經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的衰減振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定位置；

對(duì)任意高差懸鏈線方程的邊界求解，得出任意高差懸點(diǎn)架空線的懸鏈線方程為：

式中，z為懸鏈線的豎向坐標(biāo)，x為水平向坐標(biāo)，γ為輸電線比載，σ₀為初應(yīng)力，sh為雙曲正弦函數(shù)，arcsh為反雙曲正弦函數(shù),h_AB為輸電線兩端高差，l為水平跨度；

脫冰振動(dòng)考慮狀態(tài)II到狀態(tài)III的位移差值，取跨中位移為最大跳躍高度，采用能量法進(jìn)行求解，從狀態(tài)I到狀態(tài)II，覆冰對(duì)輸電線路做了功，根據(jù)功能原理，功轉(zhuǎn)化成為狀態(tài)III下輸電線的應(yīng)變能和勢(shì)能，根據(jù)能量關(guān)系，推導(dǎo)輸電線的最大跳躍高度A；

S2、建立動(dòng)張力和最大跳躍高度關(guān)系模型

S2.1、覆冰輸電線脫冰振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程

狀態(tài)I：設(shè)覆冰輸電線為小垂度索，則，兩端無(wú)高差輸電線路的運(yùn)動(dòng)方程為：

式中，t為時(shí)間，s為輸電線曲線方向，x為水平向坐標(biāo)，z為豎向坐標(biāo)，w(x,t)為豎向位移，h為水平動(dòng)張力，m為輸電線質(zhì)量，H為輸電線水平張力；

當(dāng)兩端有高差時(shí)，輸電線與水平線形成θ角度傾斜，進(jìn)行坐標(biāo)系變換，則運(yùn)動(dòng)方程為：

其中，x_*＝xsecθ+zsinθ,z_*＝zcosθ,l_*＝lsecθ，H_*＝Hsecθ為輸電線沿弦長(zhǎng)張力，w_*(x_*,t)為z_*方向位移，h_*＝hsecθ為沿弦長(zhǎng)輸電線動(dòng)張力；

S2.2、最大跳躍位移解析表達(dá)式

狀態(tài)III：將輸電線脫冰振動(dòng)視為豎向振動(dòng)，假定整個(gè)跨度均勻脫冰，脫冰后輸電線按一階豎向?qū)ΨQ模態(tài)振動(dòng)，則動(dòng)張力沿跨度方向近似為常量分布，有：

其中，e為指數(shù)函數(shù)，i為虛數(shù)單位，ω為無(wú)量綱頻率，代入運(yùn)動(dòng)方程(1)，有：

方程(3)的解為：

同理，任意高度輸電線路的運(yùn)動(dòng)方程(2)的解為：

采用無(wú)量綱符號(hào)，表示脫冰后輸電線的運(yùn)動(dòng)位移，x_*＝x_*/l_*，ω_*＝ω_*l_*/(H*/m)^0.5，ω_*由輸電線頻率的超越方程(6)解出：

這里，

采用無(wú)量綱符號(hào)，表示脫冰后輸電線的運(yùn)動(dòng)位移，為折算后的輸電線原長(zhǎng)，E為輸電線彈性模量，A為輸電線截面面積；

S2.3動(dòng)張力的解

設(shè)跨中相對(duì)于未覆冰導(dǎo)線的跳躍最大高度為A₀，則總覆冰跳躍最大高度為A＝A₀cosθ+Δd，Δd為覆冰前后跨中垂度差，結(jié)合式(5)，令x＝l_*/2，進(jìn)一步求得：

上式建立了動(dòng)張力和未覆冰導(dǎo)線的最大跳躍度之間的關(guān)系，屬于精確解；

S3、基于能量原理的求解

勢(shì)能可以分成兩部分，一部分是初張力產(chǎn)生的勢(shì)能，另一部分是動(dòng)張力產(chǎn)生的應(yīng)變勢(shì)能；狀態(tài)I至狀態(tài)II，重力做功；狀態(tài)I和II的最大垂度差值Δd，設(shè)位移分布為：

其中，σ₁，γ₁為覆冰之前的應(yīng)力和比載，σ₂，γ₂為覆冰之后的應(yīng)力和比載，Δd為覆冰前后跨中垂度差，

則狀態(tài)I至狀態(tài)II,覆冰質(zhì)量做功為：

這里，m₁為覆冰質(zhì)量；化簡(jiǎn)可得：

覆冰重力所做的功轉(zhuǎn)變?yōu)榱顺鯊埩Ξa(chǎn)生的勢(shì)能和動(dòng)張力產(chǎn)生的應(yīng)變勢(shì)能，初張力狀態(tài)下的勢(shì)能推導(dǎo)如下，假設(shè)狀態(tài)Ⅲ的位移分布為：

則初張力下的重力勢(shì)能為：對(duì)其積分后可得：

同樣，動(dòng)張力產(chǎn)生的應(yīng)變勢(shì)能為：

化簡(jiǎn)為：

根據(jù)功能定理，忽略阻尼力的影響，可知在狀態(tài)II至狀態(tài)III的勢(shì)能增加等于狀態(tài)I至狀態(tài)II過(guò)程中覆冰做的功，有：

V_g+V_e＝W (17)

從而解出振幅表達(dá)式：

其中

令

則

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種任意高差覆冰輸電線路脫冰最大跳躍高度的計(jì)算方法，其特征在于，還包括S4、非線性修正

對(duì)公式(21)的最后一項(xiàng)進(jìn)行修正，C₂＝1.8ω-7.75，則公式(21)的振幅為