[发明专利]一种复合绝缘横担耐久性能评估方法及装置

说明书

本发明公开了一种复合绝缘横担耐久性能评估方法及装置，对复合横担在静荷载作用下应力响应进行有限元分析，寻找用于耐久评估的关键截面；对于影响复合横担服役耐久性的三个关键荷载因素，即断线荷载、导线舞动和微风振动，采用不同的评估策略进行评估；对于断线工况，对横担施加断线荷载，获得关键截面的动态应力响应，计算冲击系数并评估安全性；选取舞动和微风振动的标准荷载块，对于导线舞动和微风振动作用下的横担则进行动力学分析，获得关键截面的动态应力响应，进行疲劳寿命评估。本发明可以评估横担在多种荷载共同作用下的耐久性能，还可以反映损伤的非线性发展过程，比传统估计方法要精确可靠。

技术领域

本发明属于电力领域，尤其涉及一种复合绝缘横担耐久性能评估方法及装置。

背景技术

树脂与玻璃纤维类复合材料在电气和力学性能方面具有诸多优点，目前复合绝缘横担杆塔代替全钢杆塔是一个趋势。

目前国内主要将复合材料横担应用于220kV及以下电压等级较低的输电线路中，利用静载的材料强度方法进行设计和安全校核；但对于500kV及以上的超高压输电线路应用较少，主要原因是高压输电线路的安全性、耐久性和长期可靠性的要求更高。阻碍复合横担向高千伏输电线路应用的主要障碍是缺乏对复合横担长期处于运营荷载作用下的耐久和疲劳的估算以及相应的设计方法。对复合横担的安全计算与评估只处于静力学和强度设计层次，缺乏动力学和耐久设计方法。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种复合绝缘横担耐久性能评估方法及装置，用于对复合绝缘横担的疲劳耐久性进行估算。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种复合绝缘横担耐久性能评估方法，包括步骤：

(1)对复合绝缘横担在静荷载作用下的应力响应进行有限元分析，寻找用于耐久性能评估的关键截面；

(2)对影响复合绝缘横担耐久性能的关键因素采用不同的策略进行评估；

对横担施加断线荷载，获得关键截面的动态应力响应，计算冲击系数，用于评估安全性；

选取舞动和微风振动的标准荷载块，对导线舞动和微风振动作用下的横担进行动力学分析，获得关键截面的动态应力响应，进行疲劳寿命评估。

进一步地，影响复合绝缘横担服役耐久性的因素包括断线荷载、导线舞动和微风振动。

进一步地，所述步骤1具体包括：

(1.1)建立复合绝缘横担的有限元模型；

(1.2)将导线荷载和风荷载分别施加到复合绝缘横担的有限元模型上，进行数值计算，得到横担的弯矩分布图；

(1.3)根据弯矩分布图，选择弯矩最大或次大的界面作为耐久评估的关键截面。

进一步地，所述步骤2中，对断线荷载的评估，具体包括：

(2.1)选用线路覆冰工况下的荷载；

(2.2)采用瞬态动力分析的方法模拟断线过程；

(2.3)提取关键截面上的应力时程数据，计算塔线体系发生断线时对横担的冲击系数；

(2.4)评估冲击系数的大小，考虑是否需要修改横担的设计。

进一步地，所述冲击系数为：

式中，M_m为塔线体系在发生断线工况下的横担关键截面的应力时程的最大值，M₀为塔线体系在正常运行情况下关键截面的应力值。

进一步地，所述步骤2中，对导线舞动和微风振动的评估，具体包括：