[发明专利]山地环境下输电线路脉动风致响应的获取方法

说明书

本发明公开了一种山地环境下输电线路脉动风致响应的获取方法。利用风洞试验或CFD数值模拟获得山地环境下各位置在顺风向、横风向和竖直向的平均风速，利用谐波叠加法模拟生成各位置的脉动风速时程，叠加获得山地环境下各位置的脉动风速；形成作用于输电线路各组件的顺风向、横风向和竖直向风荷载时程；建立输电线路的有限元模型，获取输电线路各组件的脉动风致响应。本发明可获得实际山地地形对顺风向、横风向和竖直向风速的影响，可获得输电线路顺风向、横风向和竖直向的脉动风荷载和脉动风致响应。

技术领域

本发明涉及输电线路技术，具体涉及一种山地环境下输电线路脉动风致响应的获取方法。

背景技术

在输电线路的各种荷载中，风荷载是输电线路的主要控制荷载。输电线路的设计规范如《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)中，通常采用静态或者拟静态(如采用风振系数)方法来考虑输电线路顺风向的风荷载。该方法具有简单方便的优点，但对于输电线路的风致脉动响应还存在着以下一些问题：1)规范方法只考虑顺风向的风荷载，对于横风向和竖直向的风荷载没有考虑；2)规范方法给出的风荷载是静态的，计算的风致响应也是静态的，因此不能很好的获得脉动响应及脉动特征。

对于山地环境，输电线路的设计规范如《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB50545-2010)，提出了将平原地区的风速提高10％来考虑，即相当于对风速乘以1.1的放大系数来考虑山地环境。很显然，这样的做法比较简单，对于实际的山地环境还存在着以下一些问题：1)对于山地的一些部位如山顶和山脊，由于其风速的加速效应非常显著，因此1.1的放大系数可能偏危险；2)对于山地的另外一些部位如山坳和盆地，其风速较小，因此1.1的放大系数可能偏危险；3)该方法只考虑顺风向风速的增加，没有考虑山地环境对侧向风和竖向风的影响，而竖向风对输电线路响应如跳线风偏有较大的影响。

以往研究和设计大多只关注顺风向的风荷载，是因为主要考虑了平地条件，此时横风向和竖直向的风荷载都很小，所以只关注顺风向风荷载是有一定的道路的。但对于山地环境下的输电线路，由于风流经山体时会发生爬升和偏转，如风沿着山坡上升会产生显著的爬坡风，风绕流山体时由于绕流效应会发生偏转。根据电力系统的统计，输电线路很多故障如风偏、跳闸、断杆等，很多时候都是发生于山区。

为了精细化分析的必要，因此有必要建立一套山地环境下输电线路在脉动风致响应计算方法，考虑山地风场特征和三维风荷载，对准确计算山区输电线路的风荷载和风致响应具有指导作用，对于保障输电线路的安全运营具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种山地环境下输电线路脉动风致响应的获取方法，可获得实际山地地形对顺风向、横风向和竖直向风速的影响，获得了考虑顺风向、横风向和竖直向的输电线路风荷载和脉动风致响应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤是：

1)针对山地环境，利用山地模型风洞试验或者山地模型CFD数值模拟方法，获得风流经山地环境时各位置(x,y,z)顺风向平均风速u_s(x,y,z)、横风向平均风速v_s(x,y,z)和竖直向平均风速w_s(x,y,z)；

2)采用谐波叠加法模拟生成各位置的顺风向脉动风速时程u’(x,y,z,t)、横风向脉动风速时程v’(x,y,z,t)和竖直向脉动风速时程w’(x,y,z,t)，从而获得山地环境下各位置的顺风向风速时程U(x,y,z,t)、横风向风速时程V(x,y,z,t)和竖直向风速时程W(x,y,z,t)，如下式所示：

U(x,y,z,t)＝u_s(x,y,z)+u′(x,y,z,t) (1)

V(x,y,z,t)＝v_s(x,y,z)+v′(x,y,z,t) (2)