[发明专利]一种确定重冰区输电线路杆塔导地线布置的方法

权利要求书

1.一种确定重冰区输电线路杆塔导地线布置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.选取线路简化模型和载荷模拟，以确定导线的初始构型；

b.建立典型耐张段输电线路覆冰及脱冰的有限元模型；

c.利用步骤b建立的模型，得到导地线在自重和覆冰载荷作用下的静力平衡状态，确定导地线的初始状态；

d.利用步骤b建立的模型，分别得到不同脱冰工况下输电线路的动力响应，获得不同脱冰工况下导地线的动力响应；

e.确定影响参数对导线脱冰后动力响应的影响规律；

f.根据导地线脱冰后动力响应的影响规律，确定杆塔的导地线布置；

所述步骤a中，线路简化模型包括导地线模型、悬垂绝缘子串模型、线夹模型和间隔棒模型；载荷模拟包括导地线覆冰静载荷模拟、导地线脱冰载荷模拟、导地线风载荷模拟；

导地线模型根据导线和地线的直径、截面积、弹性模量、线膨胀系数、自重、密度、自重比载、冰重参数以及参考状态确定，所述参考状态为无覆冰、无风和设定气温下导地线的状态；

悬垂绝缘子串模型是将I型悬垂绝缘子串模型简化为与其等长的圆截面杆，或将V型悬垂绝缘子串模型简化为两根杆，两杆的下端与导线连接，上端线位移约束；

线夹模型是将其简化成边长为实际高度的正方形框架，组成框架的杆为圆截面杆；

间隔棒模型是将其简化成边长为线夹实际高度的正方形框架，并且在对角线增加一根斜撑，组成框架和斜撑的杆为圆截面杆；

导地线覆冰静载荷模拟采用下述两种方法之一：得到导地线在自重力作用下的平衡状态，再施加覆冰载荷得到覆冰后的静力平衡状态；或得到导地线的长度，对导地线赋予按如下公式得到的覆冰后等效密度，得出在覆冰作用下的静力平衡状态；

ρ'=W1+W2A=W1+W2(1-β)A+βW2A=ρ''+ρ‾---(1)]]>

其中，W₁和W₂分别为单位长度导地线的自重和覆冰重量，A为截面积，β为脱冰率，ρ`为覆冰后等效密度，ρ``为脱冰后等效密度，为脱去部分的冰引起的等效密度；

导地线脱冰载荷模拟是指对于脱冰率为β的导地线，通过将要脱冰档导地线的惯性加速度改为等效惯性加速度g`，使得将导地线的等效密度改为ρ``后，其惯性力不变，脱冰后将脱冰档导地线的g`再改为重力加速度g即可模拟由于脱冰引起的冲击载荷，等效惯性加速度g`通过下式得到

g'=(1+ρ‾ρ'')g=W1+W2W1+W2(1-β)g---(2)]]>

导地线风载荷模拟是指针对不同脱冰率造成的脱冰后覆冰厚度的不同，分别按下列公式确定导地线脱冰后受到的风压大小和等效惯性加速度

p`<sub>H</sub>＝0.625αμ<sub>sc</sub>(d+2δ`)×(K_hv)²×10^-3             (3)

g'w=pHρ''A=pHW1+W2(1-β)---(4)]]>

g''w=p'Hρ''A=p'HW1+W2(1-β)---(5)]]>

式(3)中，p`<sub>H</sub>是不同脱冰率脱冰后导地线单位长度受到的风压值；α是电线风压不均匀系数；μ<sub>sc</sub>是电线体型系数；d为电线直径；δ`为脱冰率β下脱冰后剩余覆冰的厚度；K_h是电线平均高度为h处的风速高度变化系数，v是风速；

式(4)中，g`_w是脱冰前用于等效风载荷的惯性加速度；p_H是电线覆冰后承受的风压值，在公式(3)中代入覆冰厚度即可得到；

式(5)中，g``_w是脱冰后的惯性加速度；p`_H不同脱冰率脱冰后导地线受到的风压值；

所述步骤b中，建立有限元模型以导线和地线与耐张塔的连接端为固定边界条件，各子导线和地线均采用索单元进行模拟；悬垂绝缘子串用直杆单元模拟，限制其上端点的线位移，容许其转动；模拟悬垂绝缘子串的直杆通过线夹与4根分裂子导线进行连接；简化后的间隔棒模型沿档分布位置因档距的不同和导线型号不同而不同；

所述步骤d中的动力响应包括冰跳高度随时间的变化规律、导线脱冰后的运动轨迹及相邻档张力差的变化；

所述步骤e中的影响参数包括耐张段档数、档距、高差、脱冰率、覆冰厚度、脱冰档数、导线型号、脱冰速度及脱冰方式；

所述步骤f中，根据有限元模型得出的脱冰跳跃动态至稳定后静态的垂直幅值和水平幅值，结合相应空气间隙要求，规划出重冰区塔头布置，以确定杆塔的导地线布置。

2.如权利要求1所述一种确定重冰区输电线路杆塔导地线布置的方法，其特征在于，影响参数对脱冰后动力响应的影响规律分别是：

耐张段档数的影响：除孤立档以外，冰跳高度随档数的增加而增大，在档数大于五档后，设定冰跳高度与档数无关；

档距的影响：随着档距的增加，导线不仅竖直方向的振动增强，沿顺风方向的振动也增大；

高差的影响：有高差时导线在垂直和水平方向的振动幅值比无高差时均有减小；

脱冰率的影响：随着脱冰率的降低，脱冰档出现的最大冰跳值明显减小；

脱冰档数的影响：单档脱冰时的冰跳高度最大；

脱冰速度的影响：随着覆冰脱落时间的增长，脱冰后的响应明显减弱，当覆冰脱落时间长于20秒时，冰跳高度保持不变；

脱冰方式的影响：当脱冰档上的覆冰以一定的速度从一端向另一端脱落时，其引起的动力响应相对于覆冰沿整档同时脱冰的情况明显减弱。