[发明专利]一种判断输电线路耐张塔覆冰失稳的方法

说明书

本发明公开了一种判断输电线路耐张塔覆冰失稳的方法，该方法包括如下步骤：S1、建立杆塔有限元力学分析精细数值仿真模型；S2、求解计算杆塔覆冰前后绝缘子串挂点受力方向及变化量；S3、进行有限元数值计算；S4、考虑耐张塔钢构实际两侧不均匀覆冰的影响，制定杆塔失稳曲线；S5、根据覆冰条件下的挂点拉力或覆冰厚度实际，判断目前输电线路杆塔失稳情况。本方法通过获取绝缘子串挂点实时拉力，采用有限元仿真计算来探究覆冰对杆塔失稳的影响，不仅能有效提高计算效率，使得有限元计算结果更可靠，也能方便电网维护人员直接依据杆塔两侧绝缘子串拉力的监测情况对杆塔稳定性进行评估。

技术领域

本发明涉及一种判断输电线路耐张塔覆冰失稳的方法。

背景技术

输电塔线体系是由杆塔、绝缘子串和导线组成的耦合体系，若线路设计不合理，线路前后档距差、高差角过大，特别是线路不均匀覆冰易导致杆塔承受的张力不平衡，遇到大风、冰冻等恶劣天气，容易发生导地线缩颈、断裂、绝缘子损伤、破裂、杆塔横担扭转、变形等事故，严重威胁电网运行的安全性。全面了解和掌握输电杆塔在不均匀覆冰工况下的静动力特性，研究塔线耦合体系下两者的耦合作用，对于提高我国电网的安全可靠性具有重要的理论和工程意义。

目前已有很多国内外的学者对输电线路不均匀覆冰状态下的塔线体系力学特性的定量研究不足，正在完善的架空输电线路中重冰区设计技术导则对各种电压等级不同冰区线路计算不均匀覆冰及覆冰断线工况的覆冰率提出了要求，但尚未给出具体的纵向不平衡张力取值，在线路设计时需要针对具体情况作相应计算。此外，由于杆塔钢构力学特性较复杂，钢构实际承载能力受长细比、宽厚比和疲劳损伤等多种因素的影响，因此依据现有设计规范，能够保证在已知的若干设计工况下不发生破坏，但无法准确给出特殊工况(严重覆冰)下杆塔的极限承载能力、预测输电线路的断线和倒塔事故。因此研究塔-线系统在覆冰情况下的失稳曲线和危险预警，具有切实的必要性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种判断输电线路耐张塔覆冰失稳的方法，以为电网维护人员对塔杆的稳定性进行预判评估。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种判断输电线路耐张塔覆冰失稳的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、根据线路参数及线路导、地线、杆塔的材料、结构耦合特性，建立杆塔有限元力学仿真模型；

S2、求解计算杆塔覆冰前后绝缘子串挂点受力方向及变化量；

S3、结合杆塔两侧绝缘子串挂点的实时拉力及步骤S2中所计算的受力方向，对杆塔有限元力学仿真模型两侧导、地线绝缘子串挂点施加载荷，进行有限元数值计算；

S4、结合耐张塔钢构实际两侧不均匀覆冰的影响来制定杆塔失稳曲线；

S5、根据覆冰条件下的绝缘子串挂点拉力或导、地线实际覆冰厚度，判断目前输电线路杆塔失稳情况。

所述求解计算覆冰前后绝缘子串挂点受力方向及变化量的过程为：

在杆塔上安装覆冰监测装置拉力传感器来监测绝缘子串挂点实时拉力，并根据监测的结果来得出导线拉力和地线拉力的关系；

假设杆塔同一侧各相导线以及各相地线对绝缘子串挂点拉力的拉力相同，求解计算杆塔两侧拉力的方向：

对于杆塔某一侧绝缘子串挂点处，由于受力平衡，有：

式中，T为绝缘子串挂点拉力，也即覆冰监测装置拉力传感器所监测到的挂点拉力；H和V分别是T的两个分力，其中H是水平张力，V是竖直方向分力；

导、地线无覆冰时，此时绝缘子串挂点处水平张力H₀和竖直方向分力V₀满足挂点力矩平衡方程式：