[发明专利]一种输电线路脱冰跳跃动力响应模拟分析方法

说明书

本发明提供了一种输电线路脱冰跳跃动力响应模拟分析方法，该方法通过有限元模拟软件ANSYS建立输电塔线体系有限元模型模拟其在实际脱冰荷载以及风荷载耦合作用下的脱冰跳跃过程，并导出脱冰前应力和脱冰时的峰值应力，计算出脱冰时的峰值应力与脱冰前应力的比值作为输电塔脱冰相侧塔腿及与塔腿相接塔身部分主材的动力系数，并进行对比分析，将动力系数大于一定阈值的部位确定为脱冰跳跃发生时输电塔的危险部位，为后续对输电塔的加固提供参考。很好地弥补了现有技术中只分析脱冰对输电导线的影响而忽略了导线脱冰对输电塔的动力冲击作用的不足。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地，涉及一种输电线路脱冰跳跃动力响应模拟分析方法。

背景技术

我国是一个幅员辽阔的国家，电压等级在110kV以上的输电线路长达60多万公里，在大气候、微气象和微地形的影响下频繁爆发输电线路覆冰灾害。根据 2008年雨雪冰冻灾害的灾后调查，输电线路的不均匀覆冰及不均匀脱冰造成了这次冰灾中百分之九十的事故发生。输电线路导线覆冰的危害主要有以下几种：(1)覆冰增大了导线荷载，造成断线、损坏连接金具，甚至发生倒塔；(2)导线的弧垂在线路覆冰后有所增大，易导致放电闪络现象发生；(3)脱冰跳跃时导线与导线以及导线与地线的间距减小，易发生放电闪络，损伤线路。

近些年来，国内外的研究者们主要从现场实测、模型试验、数值仿真三个方面对输电线路覆冰脱冰以及防止脱冰事故方面进行探索。由于受到高成本和严格天气条件所限，现场实测获得的研究结果很少；导线的覆冰和脱冰难以精确地通过模型试验模拟出来，一般采用悬挂重物和瞬间释放重物的方法来模拟导线的覆冰及脱冰，这与实际情况不可避免地有所差距，获得的成果也不多；使用数值模拟对覆冰脱冰进行研究，计算条件可以根据实际需求很方便地进行更改，成本不高，且结果可信度较高。

虽然国内外已经对输电线路的覆冰脱冰问题进行了广泛深入的探索并取得了一些研究成果，但是在某些方面仍存在不足之处。尤其是只分析了脱冰对输电导线的影响，而忽略了导线脱冰对输电塔的动力冲击作用。事实上，不仅会减少线与线之间的距离，脱冰跳跃还会对输电塔线体系产生强烈的动力冲击作用，输电塔在已经承受很大负荷的情况下还要加上不均匀脱冰带来的冲击，很容易因为局部屈服引起倒塌。总之，目前国内外对导线脱冰跳跃问题的研究还很不完善，针对导线脱冰对输电塔的动力冲击响应分析研究很有必要。

发明内容

本发明提供一种输电线路脱冰跳跃动力响应模拟分析方法，该方法弥补了现有技术中只分析脱冰对输电导线的影响而忽略了导线脱冰对输电塔的动力冲击作用的不足。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种输电线路脱冰跳跃动力响应模拟分析方法，包括以下步骤：

S1：建立输电塔线体系模型，包括建立输电塔模型、导线模型和绝缘子串模型；

S2：在有限元模拟中设定等间距的集中力来模拟线路覆冰；

S3：利用瞬间撤去集中力来模拟线路脱冰。

进一步地，所述步骤S1中建立输电塔模型的过程是：

1)使用点命令画出塔的各个节点，用线命令连接各节点画出塔的几何形状；

2)这里为了让输电塔有限元模型更加真实地作出各种响应，将输电杆塔考虑成空间梁和桁架的组合结构，使用桁梁混合模型建模，依据铁塔杆件间的相互联接关系，对主材、横隔材以及连接辅材的斜材当作梁单元考虑，辅材和普通斜材则被当作杆单元考虑，因此使用单元类型定义命令设置主材为BEAM188单元，设置辅材和普通斜材为LINK8单元；

3)输电塔主材由于强度大，承受的力大，连接节点之间会产生扭矩和弯矩，因此把主材连接点设置为刚性连接，辅材由于受力较小，连接点之间受到的弯扭矩较小，因此把辅材连接点设置为铰支座连接；