[發(fā)明專利]全方位長短腿塔線體系有限元建模及動力響應(yīng)分析方法

在審

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• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112036061A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪明軍;呂洪坤;應(yīng)明良;池偉;羅坤
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院;杭州意能電力技術(shù)有限公司;浙江大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發(fā)明公開了一種全方位長短腿塔線體系有限元建模及動力響應(yīng)分析方法。本發(fā)明采用的步驟如下：獲取所要研究線路段各桿塔中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)；確定輸電線路方向；將經(jīng)緯度坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間XYZ坐標(biāo)；建立ANSYS坐標(biāo)，計算出各塔基在ANSYS中新的坐標(biāo)；建立所有桿塔線框模型；為線框模型附屬性，建立桿塔有限元模型；建立導(dǎo)地線有限元模型；計算風(fēng)雨荷載，加載到輸電線路塔線體系上進行動力響應(yīng)分析分析計算。本發(fā)明適用于任何地形條件、線路走向下的塔線體系建模；ANSYS坐標(biāo)系的選取隨線路起始段走向變化而變化，簡化了建模過程。本發(fā)明能充分反映風(fēng)雨載荷對實際輸電線路的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸電系統(tǒng)設(shè)計分析領(lǐng)域，涉及一種全方位長短腿塔線體系有限元建模及動力響應(yīng)分析方法。

背景技術(shù)

輸電線路是關(guān)系國計民生的生命線工程，輸電塔-線體系的安全直接決定著整個電網(wǎng)的正常運行。自然災(zāi)害是造成我國輸電線路倒塔的首要原因，我國東南沿海省市以臺風(fēng)災(zāi)害最為嚴(yán)重。

目前輸電線路的動力響應(yīng)研究主要有風(fēng)洞試驗和有限元數(shù)值模擬方法。但對于惡劣天氣，尤其是臺風(fēng)，風(fēng)洞無法提供相應(yīng)的試驗風(fēng)速，因此主要采用有限元法來計算輸電線路在惡劣天氣荷載下的動力響應(yīng)。對輸電線路按照實際的地理信息、線路走向和桿塔實物進行精確建模尤為重要，是動力響應(yīng)分析的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有研究都基本集中于同一水平面上的等檔距直線等長腿塔線段，實際輸電線路很多都架設(shè)在山區(qū)，塔腿跟開大，四個塔腳高程不同，塔腿采用全方位長短腿而非等長腿，線路走向也不是直線，在多數(shù)桿塔處都有偏轉(zhuǎn)。由于同一型號桿塔4個塔腿長度不一，塔身結(jié)構(gòu)一般也有3種變化，塔頭根據(jù)轉(zhuǎn)角方向不同內(nèi)外側(cè)橫擔(dān)長度也需調(diào)整，模型的基本構(gòu)件角鋼即需要附截面、材料信息也需要指定朝向，所有這些因素的排列組合造成了山區(qū)線路建模的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的在于提供一種適用于所有地形高程、線路走向的全方位長短腿塔線體系有限元建模及動力響應(yīng)分析方法，其使輸電線路風(fēng)雨載荷動力響應(yīng)分析結(jié)果更符合實際。

為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：全方位長短腿塔線體系有限元建模及動力響應(yīng)分析方法，其包括步驟：

步驟1、確定需要建模的輸電線路段和各桿塔中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)；

步驟2、確定輸電線路方向，從步驟1所述輸電線路段一端的鐵塔開始按序編號，1、2、3…n-1、n，則線路方向定為1-2-3-...-n；

步驟3、將經(jīng)緯度坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間XYZ坐標(biāo)，計算從2#到n#塔基分別相對于1#塔基的坐標(biāo)增量DX、DY、DZ；

步驟4、建立ANSYS坐標(biāo)，以1#桿塔中心軸線與最長塔腿的塔腳所在的水平面的交點為原點，X軸與1#塔橫擔(dān)方向平行，線路方向1-2為Z軸，塔高方向為Y軸，根據(jù)步驟3各坐標(biāo)增量計算出ANSYS中各塔基新的坐標(biāo)；

步驟5、建立所有桿塔線框模型；

步驟6、建立桿塔有限元模型；

步驟7、建立導(dǎo)地線有限元模型；

步驟8、輸電塔風(fēng)荷載計算；

步驟9、輸電塔雨荷載計算；

步驟10、將風(fēng)雨荷載加載到塔線有限元模型(即桿塔有限元模型和導(dǎo)地線有限元模型)上進行動力響應(yīng)分析計算。

本發(fā)明主要包括實際輸電線路的有限元模型建模和在惡劣天氣風(fēng)雨荷載下的動力響應(yīng)分析。