[发明专利]瓷绝缘子机械性能评估的有限元分析方法和系统

说明书

本发明公开了一种瓷绝缘子运行荷载条件下机械性能评估的有限元分析方法、系统和存储介质，包括如下步骤：建立单片瓷绝缘子几何模型；建立瓷绝缘子串计算模型；采用悬链线方程建立输电导线模型；将建立的模型进行装配，装配采用多点约束算法MPC，形成瓷绝缘子串‑输电导线耦合模型；对瓷绝缘子各部件及输电导线指定材料属性；对瓷绝缘子串‑输电导线耦合模型进行有限元网格剖分；对瓷绝缘子串‑输电导线耦合模型定义边界、施加载荷、设置接触关系；将瓷绝缘子串‑输电导线有限元模型提交计算；提取分析结果，评估瓷绝缘子机械性能。本发明可以用来评估特高压线路大吨位绝缘子串机械安全性，为大吨位瓷绝缘子串的设计、制造提供理论依据。

技术领域

本发明涉及架空送电线路设计领域，具体涉及一种瓷绝缘子运行荷载条件下机械性能评估的有限元分析方法。

背景技术

随着近年来我国经济全方位多方向的跨越式增长，对电力能源方面的相应需求也与日俱增。瓷绝缘子是特高压输电线路中重要的基础绝缘部件，其优点是不易老化、抗拉力强、使用寿命长；缺点是由于长期运行在强电场、大机械应力、重污秽及复杂温湿度等共存的恶劣环境中，易发生机械性能劣化故障。瓷质绝缘子一旦发生劣化，会对电网的稳定运行构成严重威胁，轻则引起绝缘闪络、断串等事故，造成严重的经济损失，重则造成电网解列、供变电设备停运甚至人员伤亡。因此有必要对其在运行荷载条件下的机械特性进行研究。

运行条件下，耐张绝缘子要承受导线张力的作用，并且导线张力还要受大气条件、使用环境等多种因素的影响。当遇到强风时还会使得导线张力急剧增大，严重危及绝缘子的运行安全。目前对绝缘子的研究主要集中在电气特性和风偏特性方面。极少量文献仅对静态荷载条件下单片绝缘子的力学特性进行了仿真计算，没有考虑输电导线的影响，也没有充分校核其动态荷载条件下的可靠性。另外，瓷绝缘子在运输、装卸过程中难免会发生碰撞致使瓷件产生裂纹，裂纹的出现会严重削弱绝缘子的机械强度，而设计人员往往更关注瓷件的电气性能而忽视其机械性能。

所以，需要一个新的技术方案来解决这些问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种瓷绝缘子运行荷载条件下机械性能评估的有限元分析方法，其能够考虑输电导线和风载、覆冰、地震等动态载荷的影响，可以用来评估特高压线路大吨位绝缘子串机械安全性，为大吨位瓷绝缘子串的设计、制造提供理论依据。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种瓷绝缘子运行荷载条件下机械性能评估的有限元分析方法，包括如下步骤：

S1：建立单片瓷绝缘子几何模型；

S2：基于单片瓷绝缘子几何模型建立瓷绝缘子串计算模型，将模型上的铁塔端部、导线端部、绝缘子串中间以及含缺陷的绝缘子所在位置处的绝缘子进行实体建模，其余的绝缘子采用梁单元进行建模；采用悬链线方程建立输电导线模型；

S3：将步骤S2中所建立的瓷绝缘子串计算模型和输电导线模型进行装配，装配采用多点约束算法MPC，形成瓷绝缘子串-输电导线耦合模型；

S4：对瓷绝缘子各部件及输电导线指定材料属性；对瓷绝缘子串-输电导线耦合模型进行有限元网格剖分；对瓷绝缘子串-输电导线耦合模型定义边界、施加载荷、设置接触关系；

S5：在步骤S4中定义的边界、施加载荷、设置接触关系的基础上，将瓷绝缘子串-输电导线有限元模型提交计算；

S6：提取计算结果，评估瓷绝缘子机械性能。

所述步骤S1中单片瓷绝缘子几何模型，包括瓷件、钢帽、钢脚、水泥以及沥青等部件。

所述步骤S2中瓷绝缘子串建模的依据为：在结构设计上，作用在瓷绝缘子上的荷载由钢帽、钢脚、瓷件头部以及水泥胶合剂所承担，瓷件伞片本身的变形很小。因此，瓷绝缘子片的受力变形特征可以通过梁单元进行模拟。