[发明专利]一种导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输电线路杆塔设计的导线舞动荷载计算方法，属于输电线路设计中的杆塔结构荷载计算领域。

背景技术

输电线路导线舞动是风吹到因覆冰而变为非圆断面的导线上，产生的一种低频、大振幅的自激振动。舞动给输电线路带来的危害主要包括电气损坏和机械损坏两类。以往的研究主要集中在两方面，一是确定导线舞动幅值和轨迹，判断舞动时是否会造成相间闪络或跳闸等电气损伤，为输电线路电气设计提供依据；二是设计防舞装置和优化布置方案，降低导线舞动幅度。而导线舞动致输电杆塔横担损坏甚至倒塌的情况也时有发生，确定导线舞动时在杆塔挂点处产生的动态荷载，对于加强杆塔结构承载能力，保证舞动多发区电网安全运行具有重要意义。

对杆塔结构而言，导线舞动时产生的水平张力及张力差起控制作用，张力的竖向分量相对较小，忽略其在导线发生舞动时的变化。导线舞动可以通过施加驻波激发，基于单档导线线长变化与张力变化的等效关系，能够推导单档导线舞动水平张力的解析解。对于连续多档尤其是带有悬垂串模型的导线舞动水平张力，难以采用上述方法求解。目前的输电线路杆塔设计规范中，还未将舞动作为一种荷载工况进行考虑。应当采用理论分析和有限元模拟修正相结合的方法，考虑气象条件、导线结构参数及悬挂方式、档距和档数等多种因素的影响，提出具有较强适用性的舞动荷载计算方法。

发明内容

本发明提供了一种确定导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载的计算方法。本方法综合考虑气象、导线结构参数及悬挂方式、档距和档数等因素的影响，与基于单档模型的传统解析方法相比，具有更好的适用性和更高的精度。

为达到上述目的，本发明采用气象系数法确定导线舞动幅值，通过理论分析和有限元模拟，确定考虑不同影响因素时的导线舞动荷载。一是采用两档双耐张段(两基耐张塔之间的线路段称为一独立耐张段)模型，通过理论分析确定风速、冰厚、导线结构参数、档距和相位差取不同值时，悬挂点处的舞动水平张力及张力差。二是采用连续多档模型，通过有限元分析确定悬挂方式及档数对舞动水平张力及张力差的影响规律，对两档模型理论计算结果进行修正。三是根据杆塔塔型及转角度数，将舞动张力及张力差转化为挂点荷载。

本发明的导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.舞动幅值的确定

舞动幅值是影响导线舞动水平张力的重要因素，其确定方法主要包括气象系数法、Hunt-Richard法和统计拟合法3种。其中气象系数法考虑风速、冰厚、舞动阶次和导线力学特性等因素的综合影响，是较为合理的计算方法，其计算公式为：

Y=η2vlnmT0---(a)]]>

式(a)中：Y为导线舞动幅值，η为气象系数，v为导线形心风速，l为档距，n为半波数(即舞动的阶次)，m为覆冰后导线单位长度质量，T₀为导线发生舞动前的初始张力。

为此，①确定舞动气象系数η。根据舞动强弱程度，依次取0.20，0.15，0.10和0.05。②确定导线形心风速v。首先要收集输电线路舞动区域的风速资料，气象部门风速一般为10m基准高度处的10分钟内平均风速，应将其换算为导线形心处的风速。导线形心高度为弧垂最低点高程加三分之一的最大弧垂。③确定导线舞动半波数n。档距l≤200m时，n可取1或2；200m＜l≤400m时，n可取2或3；l＞400m时，n可取3或4。④根据以往观测资料，确定舞动时导线覆冰厚度；无观测资料时，一般取5mm～10mm。根据导线型号和覆冰厚度，计算导线单位长度质量m。⑤根据②和④确定的风速和冰厚，计算舞动前导线的初始张力T₀。

2.两档模型舞动水平张力理论计算

采用步骤1所列方法计算导线舞动幅值，进而确定导线舞动驻波方程并作为激励施加在导线上。两档双耐张段模型如附图1所示，施加在两档导线上的驻波方程表达式分别为：