[发明专利]一种考虑多因素影响的大跨越输电导线疲劳寿命预测方法

说明书

一种考虑多因素影响的大跨越输电导线疲劳寿命预测方法，首先考虑风速，环境温度及载流量对导线温度的影响，计算出导线的实际温度；然后建立输电导线力学平衡方程，考虑温度对导线的应力影响，计算导线在张力和温度作用下钢芯铝股的应力；其次利用能量法建立输电导线的能量平衡方程，计算输电导线的动态应力幅值。随后计算输电导线的等效交变应力，计算输电导线的耐振次数。然后根据各级风速、风向的概率分布，计算输电导线在不同频率下的年振动循环次数。最后对传统的Miner方法进行改进，考虑导线各级应力间的相互作用对导线疲劳的影响，计算和评估导线的疲劳寿命。本发明计算大跨越输电导线的疲劳寿命精度高、速度快，更符合输电导线的工程实际。

技术领域

本发明涉及一种考虑多因素影响的大跨越输电导线疲劳寿命预测方法，属于大跨越输电工程领域。

背景技术

大跨越架空输电线具有档距大、悬挂点高、运行环境复杂等特点。在受到0.5m/s-10m/s横风作用时，输电导线背风侧易产生稳定的卡门涡旋，使得输电线长期承受上下交变的循环应力，会造成架空输电导线和防振金具产生疲劳损伤，甚至会引起输电导线疲劳断股，严重影响大跨越输电线路的安全运营。因此，输电线的疲劳寿命预测和计算成为大跨越架空输电线防振设计中的重要问题。

输电线(导线和地线)的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程，其疲劳剩余强度随承受的载荷和频次而不断衰减。当输电导线剩余强度等于或小于循环应力时，导线股线发生静强度破坏。目前，大跨越输电导线疲劳寿命计算方法是基于传统的Miner线性损伤累积理论。该理论实质是定义导线在不同微风振动应力水平下造成的损伤率的线性叠加，当损伤率D超过临界值时，则判断导线疲劳损伤。其计算步骤为：首先计算输电导线的平均应力和动态应力幅值，其次利用Goodman应力修正方程，计算导线的等效交变应力，再依据Wohler安全曲线计算导线的耐振次数N。然后考虑风向与风速概率分布，计算输电导线在不同风速和风向作用时的微风振动的年循环总次数n，则导线的每年累积损伤D为年平均循环总数n与导线的耐振次数N的比值，最后输电导线的疲劳寿命为1/D。该计算方法存在如下缺陷：一是没有考虑风速、环境温度和载流量等因素引起的温度变化对导线平均应力的影响。二是假定了导线在受到循环应力作用时，各级应力对导线产生的损伤值是相互独立，且这些损伤可以相互叠加。没有考虑不同风速作用时导线各级应力间的相互作用，同时忽略了低于疲劳极限应力的小幅载荷的影响。因此，现有的基于Miner线性损伤累积理的导线疲劳寿命计算方法误差较大，不利于架空输电线的防振设计，亟待发明一种更符合导线实际情况、误差小的大跨越输电线疲劳寿命计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服现有方法的缺陷，考虑温度效应和导线各级应力间的相互作用对导线疲劳的影响，提出一种考虑多因素影响的大跨越输电导线疲劳寿命预测方法，该方法具有精度高、速度快、且更符合工程实际的优势。

本发明采取的技术方案为：

一种考虑多因素影响的大跨越输电导线疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：

步骤1：首先考虑风速，环境温度及载流量对导线温度的影响，计算出导线的实际温度；

步骤2：然后利用导线线股间的变形协调条件，建立输电导线力学平衡方程，考虑温度对导线的应力影响，计算导线在张力和温度作用下钢芯铝股的应力；

步骤3：其次利用能量法建立输电导线的能量平衡方程，并基于MTALAB二次开发平台开发程序，计算输电导线的动态应力幅值；

步骤4：随后利用Goodman应力修正模型计算输电导线的等效交变应力，运用Wholer安全曲线计算输电导线的耐振次数；

步骤5：然后根据各级风速、风向的概率分布，计算输电导线在不同频率下的年振动循环次数；