[发明专利]一种导线风偏动张力最大值与风速对应关系的确定方法

说明书

本发明所提供的导线风偏动张力最大值与风速对应关系的确定方法可根据监测到的风速数据直接推算导线风偏过程中导线张力最大值，完善线路安全预警信息。本发明基于连续性方程和平衡方程推导所得的导线风偏平均张力表达式，从解析解函数提取适量的点进行多项式拟合，得到与基本风速直接相关的平均张力多项式。同时，根据有限元计算所得的脉动张力均方根值，采用高斯函数进行拟合，获取脉动张力均方根值表达式。本发明主要考虑了平均张力和脉动张力，且为了便于工程应用，拟合函数仅以基本风速为变量，可以根据实测基本风速直接推算目标线路导线风偏过程中的张力最大值，不再需要繁琐的迭代求解。

技术领域

本发明属于输电线路监测辅助领域，尤其是涉及一种导线风偏动张力最大值与风速对应关系的确定方法。

背景技术

导线张力最大值是指导线在风偏摆动过程中，由于风振运动和偏拉状态导致的导线张力最大值。导线张力的计算有很多实际应用，可以用于推算线路运行状态信息，直接影响连接金具、绝缘子串和输电塔的受力。覆冰导线的张力直接威胁到输电塔的安全，但输电线路由于高压强磁场无法直接安装传感器，现有的设备大多通过其他检测对象间接推算至导线张力，无法通过现场所测的实际风速直接获取导线张力最大值，误差较大。

输电线路可以看成小垂度柔性索结构，其找形方程也是采用抛物线形式。借助悬索结构的力学理论分析，由静力平衡方程和变形协调方程，可以获得导线在平均风偏状态下的弦向张力。但是所得解析解为隐函数，需要通过迭代求解，不方便工程应用。

同时，导线风偏过程的脉动张力也不可忽视。以导线平均风偏状态时的刚度计算导线的频率与振型，再运用振型叠加法求解脉动风作用时导线脉动位移和相应的弦向动张力。该动张力的求解涉及对常微分方程的联立求解等步骤，较为繁琐，同样不适用于工程简易应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对以上存在的问题，提供一种导线风偏动张力最大值与风速对应关系的确定方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种导线风偏动张力最大值与风速对应关系的确定方法，所述方法包括：

(1)模拟实际情况下，导线表面的绞线缠绕和覆冰导线表面的粗糙度，采用节段模型进行高频天平测力试验，得到裸导线及覆冰导线的导线阻力系数；

(2)基于实际线路参数及导线、绝缘子串的物理参数进行构建线串耦联有限元模型，优选地，将分裂导线等效为单根导线；

(3)选定风场类型和基本风速工况，应用谐波叠加法模拟线路各点脉动风时程，并考虑气动阻尼的影响，采用无条件稳定的Newmark法对非线性动力方程直接积分求解，提取绝缘子串悬挂处的导线张力时程，并统计分析得出绝缘子串悬挂处的导线张力时程的平均值和脉动张力均方根值；

(4)重复步骤(3)直至完成各计算工况；

(5)根据线串耦联有限元模型计算得出导线张力时程的平均值，采用抛物线索的张力表达式得到解析解，并用导线张力时程的平均值验证解析解，然后基于该解析解提取多点数据，以基本风速为变量进行多项式拟合；

(6)对导线张力时程的脉动张力的表达式进行简化，结合线串耦联有限元模型计算得出的导线张力时程的均方根值，以高斯函数为基本形式对脉动张力均方根公式中的w参量进行拟合，确定脉动张力均方根值与基本风速的关系式；

(7)导线张力的最大值为导线张力时程的平均值与2.5倍导线脉动张力均方根值的和。

为了取得进一步的技术效果，本发明还可以采用以下进一步的技术方案：

优选地，在步骤(1)中，以轻质木棒为芯棒，采用实心硅胶管按照原模型节径比参数右斜向缠绕芯棒，以此来模拟实际情况下导线表面绞线缠绕。