[发明专利]一种基于有限质点法的覆冰输电线路不均匀脱冰模拟分析方法

说明书

本发明公开了一种基于有限质点法的输电线路不均匀脱冰模拟分析方法，包括以下步骤：首先进行质点属性的初始化，之后对路径单元进行设置并进行输电线路覆冰找形，接着设置不均匀脱冰场景，最后进行脱冰动态分析。本发明通过运动方程的求解及相关量的更新迭代完成输电线路不均匀脱冰模拟分析。该方法能够解决现有的有限元软件进行输电导线动态分析前建模复杂、繁琐的问题，可以仿真大量不同的复杂场景。本发明适用于有高差、无高差、均匀覆冰和不均匀覆冰、不均匀脱冰等多种情况，适用范围广，且计算速度较快。

技术领域

本发明属于一种输电线路不均匀脱冰模拟分析方法，特别是一种基于有限质点法的覆冰输电线路不均匀脱冰模拟分析方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，对电力系统的要求越来越高。输电线路作为电网系统的重要组成部分，对其进行各种力学计算与静动态分析是保证电网安全性与稳定性的基础。输电导线作为柔索结构只受拉不受压，刚度低易受外界影响，覆冰荷载作为输电导线的常见荷载之一，对输电线路安全影响较大。输电导线脱冰振动时，杆塔、绝缘子串和金具等承受冲击载荷，杆塔承受不平衡张力，可能引发断线甚至倒塔等机械事故；相间电气间隙减小，可能引发闪络、短路等电气事故，严重威胁电网的安全运行。因此对输电导线不均匀脱冰动态进行分析尤为重要。

输电线路不均匀脱冰模拟分析是输电塔线设计、覆冰脱冰灾害防御的重要基础。随着有限元软件的发展，在已有的输电线路不均匀脱冰模拟分析方法中，基于有限元软件进行输电线路建模和分析是应用最广的方法之一。而有限元软件建模时步骤较多，找形复杂、繁琐易出错，不同场景下的脱冰分析均从建模找形开始，不易仿真大量的场景；并且在求解时形成复杂的非线性刚度矩阵，迭代计算比较繁琐，求解效率低，计算时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、适用范围广、精确度高、效率高且计算速度快的基于有限质点法的覆冰输电线路不均匀脱冰模拟分析方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于有限质点法的输电线路不均匀脱冰模拟分析方法，包括如下步骤：

步骤1：读入架空线路信息和覆冰厚度信息，包括：档距、高差、电线型号、覆冰厚度等信息；

步骤2：根据悬链线公式求解自重下的输电线路位置和形状；

步骤3：划分单元、初始化质点属性，包括质点的质量、位置和速度；

步骤4：初始化质点的内力和外力，设置路径单元，确定路径单元内步长与步数；

步骤5：设置虚拟阻尼，进行输电线路覆冰找形；

步骤6：设置输电导线不均匀脱冰场景、更新质点属性；

步骤7：求解质点的运动方程，计算质点位移；

步骤8：更新质点的位移、内力和外力；

步骤9：判断是否到达迭代终止条件，如果到达，则覆冰输电线路不均匀脱冰模拟分析结束，否则转步骤7。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明适用于有高差、无高差、均匀覆冰、不均匀覆冰、均匀脱冰、不均匀脱冰、同期脱冰、不同期脱冰等各种场景，适用范围较广；2)本发明采用自编程序进行覆冰输电导线不均匀脱冰模拟分析，可进行大量复杂场景的仿真；3)本发明避免了有限元软件复杂繁琐的建模过程，无需形成非线性刚度矩阵；4)计算效率高；5)求解速度快。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是基于有限质点法的输电导线不均匀脱冰模拟分析流程图。

图2是单元的虚拟运动图，其中图a)是单元的虚拟逆向运动图,图b)是单元的虚拟正向运动图。

图3是输电导线中间点位移时程结果示意图。