[发明专利]挂点位移渐进法求解架空输电线路不平衡张力的方法

说明书

挂点位移渐进法求解架空输电线路不平衡张力的方法，包含以下步骤：构建架空输电线路耐张段体系；求解悬垂串挂点处存在约束情况下各档的应力σ_i；去除第1基悬垂型杆塔的悬垂串挂点处的约束，求得水平位移Δl_i(i＝1)；依次松开第i基(i＝2，3，…，n‑1)悬垂型杆塔的悬垂串约束，求得△l_i(i＝2，3，…，n‑1)，完成第一轮计算；进行下一轮计算，直到求得最终水平位移p为计算所用轮数；计算第i(i＝1，2，…，n)档最终状态的应力得到第i(i＝1，2，…，n‑1)基悬垂型杆塔的不平衡张力。使用本发明，可求解架空输电线路连续档在各种覆冰情况下悬垂型杆塔所承受的不平衡张力。

技术领域

本发明属于架空输电线路技术领域，具体涉及一种计算架空输电线路连续档在各种覆冰情况下悬垂型杆塔所承受的不平衡张力的方法。

背景技术

架空输电线路施工架线完成时，连续档内悬垂型杆塔前后侧导地线通常不会出现不平衡张力。但是当气象条件发生改变时，尤其是在档内出现不均匀覆冰或者不均匀脱冰的条件下，悬垂型杆塔会受到明显的导地线不平衡张力作用。国内外发生的各类架空输电线路重大冰灾倒塔事故分析经验证明，输电线路覆冰不平衡张力是造成输电线路杆塔倒塌的主要原因。准确计算不平衡张力，是架空线路工程设计过程中确定杆塔荷载、校验杆塔强度、检查各档导地线应力和对地距离的前提条件。

截至目前，不平衡张力计算主要有两种模式。第一种通常采用大型通用有限元分析程序(例如ANSYS)的索单元模拟导线，加载后利用软件自带的稀疏矩阵直接求解器对有限元模型进行求解。此种计算方法精度较高，但是不能形成简便实用的计算程序，对实际工程中逐塔批量计算模式不适用，且难以被多数工程设计人员所掌握。

第二种模式一般多采用如下“等长线法”模型：首先假定连续档数量为n档，初始状态为架线施工完成后，此时各档应力均为相同已知数值，悬垂串均保持竖直；变化状态为各档在已知的荷载作用下，各档的应力，水平档距变化值及高差变化值为基本未知量；并假定各档导地线在均匀荷载条件下都是悬链线，但是为了避免求解超越方程，通常采用斜抛物线方程相关公式模拟悬链线的相关物理量，通过等线长法，悬垂串节点弯矩平衡条件，以及水平档距变化值和垂直档距变化值之间需满足的几何关系建立一个3n个未知量，方程数量也是3n的多元高阶非线性方程组。

目前对该斜抛物线方程“等长线法”模型的求解主要有两种方法，第一种采用专用方法进行求解，例如论文《置信域算法在输电线路覆冰不平衡张力计算中的应用及不平衡张力的影响因素》(出自《电网技术》，2012，36(4)：225-228.)所采用的方法，本方法需要求解高维HESSIAN矩阵，工程中实现较困难。

第二种工程中普遍采用的计算方法为试凑法，其基本的求解步骤均为：先假设第1档初始应力，再根据档距变化情况与应力的关系以及挂点平衡方程一步步求得每一档应力，并根据整个耐张段的档距变化之和是否为0，反过来调整第1档导线初始应力，因而使其不断逼近真实解，再求解各档应力。例如中国专利《动态弦截法计算不平衡张力的方法》(专利号：CN 106650088,公开日期：20170510)以及论文《改变步长的输电线路不平衡张力计算方法》(出自《电力建设》，2010，31(12)：26-29.)和论文《重覆冰区线路不均匀脱冰的不平衡张力计算》(出自《电力建设》，2014，35(10)：52-57.)等均采用了试凑法进行求解，其差别主要是初值选择及步长调整判别上略有不同。根据试凑法的计算步骤，可知其舍入误差传播范围广，因而增加了对初值精度的要求。

采用以上方法在一般情况下可以获得收敛性较好的数值解，但由于其为避免求解超越方程和方便求解而使用替代式导致产生了模型误差，从而无法保证所有计算的收敛性。其误差主要体现在：①等线长法所使用的斜抛物线线长公式相比悬链线带来的误差。②档内平均应力采用档距中央电线的应力代替所带来的误差，其在高差角较大时尤为明显。③挂点位移与档内应力的关系式中忽略了档内高差增量的影响。④悬挂点平衡方程电线垂直荷载的计算采用原始档距及高差，未考虑档距及高差增量的影响。

发明内容