[发明专利]一种覆冰输电塔力学特性分析及状态评估方法

说明书

本发明公开了一种覆冰输电塔力学特性分析及状态评估方法，它包括：搭建模型库；模拟地形：读取输电线路所在地形参数，完成对耐张段所处地形的模拟；构建输电塔线有限元仿真模型：从模型库中挑选所需杆塔、绝缘子及导线模型，将模型置于模拟地形中构建输电塔线仿真模型；构建角钢材料库并赋予模型材料属性；建立覆冰数据库；根据历史监测数据计算杆塔力学特性，并将计算数据存入数据库；施加荷载；网格剖分及求解：根据物理场大小划分网格，计算杆塔在覆冰荷载及风荷载作用下的轴向应力及节点位移大小；评估覆冰杆塔状态；解决了现有技术针对输电塔抗冰能力的计算存在的耗时耗力，需要专业技术人员才能实现等技术问题。

技术领域

本发明属于覆冰输电塔监测技术，尤其涉及一种覆冰输电塔力学特性分析及状态评估方法。

背景技术

输电线路覆冰严重威胁电力系统安全稳定运行。由于微气候和微地形的影响，冰灾频繁发生。冰荷载和风荷载会导致杆塔的倒塌。2008年中国南方遭受了严重的冰灾事故，导致电网大面积损坏。因此，研究覆冰输电塔的力学响应特性对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

对于覆冰作用下输电塔抗冰能力的研究可从实验和仿真两方面进行。但由于实验需要搭建出真形杆塔或杆塔的缩比模型，较为耗时耗力，且所需花费不小。而运用有限元仿真即可完成对杆塔力学特性的模拟，实现对杆塔的映射；当前针对覆冰作用下杆塔的力学特性的有限元仿真研究耗时较长，且需要重新构建杆塔模型，这需要专业技术人员才能实现，人工成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种覆冰输电塔力学特性分析及状态评估方法，以解决现有技术针对输电塔抗冰能力的计算存在的耗时耗力，需要专业技术人员才能实现等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种覆冰输电塔力学特性分析及状态评估方法，它包括：

步骤1、搭建模型库：根据杆塔结构图、金具图搭建输电杆塔、绝缘子及导线模型，将模型置于输电塔线模型库中；

步骤2、模拟地形：读取输电线路所在地形参数，完成对耐张段所处地形的模拟；

步骤3、构建输电塔线有限元仿真模型：从模型库中挑选所需杆塔、绝缘子及导线模型，将模型置于模拟地形中构建输电塔线仿真模型；

步骤4、构建角钢材料库并赋予模型材料属性；

步骤5、建立覆冰数据库：存储历史监测数据，包括拉力传感器数据，角度传感器数据及历史覆冰事件；根据历史监测数据计算杆塔力学特性，并将计算数据存入数据库；

步骤6、施加荷载；

步骤7、网格剖分及求解：根据物理场大小划分网格，计算杆塔在覆冰荷载及风荷载作用下的轴向应力及节点位移大小；

步骤8，评估覆冰杆塔状态：对比杆塔实时计算数据及历史监测数据，统计出杆塔节点位移及轴向应力所对应的监测数据区间，与历史覆冰事件对应，划分出轻覆冰、重覆冰事件，根据监测数据评估杆塔状态。

输电杆塔模型的构建方法为：根据杆塔单线图构建杆塔的三维模型，即输电杆塔模型；并将不同的杆塔模型置于模型库中，以便使用时直接调用。

所述地形参数包括经纬度、坡度、坡向和海拔；根据地形参数模拟输电线路所在地貌，体现杆塔高程，基础沉降。

所述输电塔线仿真模型根据需要将模型库中的杆塔导入到工作空间，用梁单元对杆塔进行模拟。

构建角钢材料库并赋予模型材料属性的方法为：设置不同角钢材料，包括Q420、Q345、Q235钢；设置材料泊松比、弹性模型、密度、截面形状、横截面积及导线水平张力、档距和高差。

施加载荷的方法为：根据在线监测系统得到绝缘子偏斜角、导线拉力，将荷载施加到杆塔与导线悬挂点处；将在线监测系统得到的风速大小及风向施加到杆塔及导线上。

所述网格由物理场大小控制，由软件自动划分网格。