[发明专利]一种导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载计算方法

摘要

本发明提供了一种确定导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载的计算方法。采用气象系数法确定导线舞动幅值，通过理论分析和有限元模拟，确定考虑不同影响因素时的导线舞动荷载。一是采用两档双耐张段模型，通过理论分析确定风速、冰厚、导线结构参数、档距和相位差取不同值时，悬挂点处的舞动水平张力及张力差。二是采用连续多档模型，通过有限元分析确定悬挂方式及档数对舞动水平张力及张力差的影响规律，对两档模型理论计算结果进行修正。三是根据杆塔塔型及转角度数，将舞动张力及张力差转化为挂点荷载。本方法综合考虑气象、导线结构参数及悬挂方式、档距和档数等因素的影响，与基于单档模型的传统解析方法相比，具有更好的适用性和更高的精度。

主权项

一种导线舞动时输电线路杆塔挂点荷载计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用气象系数法确定导线舞动幅值舞动幅值的计算公式为： Y = η 2 vl n m T 0 - - - ( a ) 其中：①根据舞动强弱程度，舞动气象系数η依次取0.20，0.15，0.10和0.05；②收集输电线路舞动区域的风速资料，气象部门的风速资料一般为10m基准高度处的10分钟内平均风速，应将其换算为导线形心处的风速v，导线形心高度为弧垂最低点高程加三分之一的最大弧垂；③导线舞动半波数n的取值方法为：档距l≤200m时，n可取1或2；200m＜l≤400m时，n可取2或3；l＞400m时，n可取3或4；④根据以往观测资料，确定舞动时导线覆冰厚度；无观测资料时，一般取5mm～10mm，根据导线型号和覆冰厚度，计算导线单位长度质量m；⑤根据②和④确定的风速和冰厚，计算舞动前导线的初始张力T0；(2)采用理论方法计算两档模型舞动水平张力在两档双耐张段模型导线上施加驻波激励，根据导线线长变化与张力变化的等效关系，推导出导线舞动水平张力计算公式，两侧导线舞动半波数n1和n2均为偶数时： y 1 ( x , t ) = Y 10 2 sin ( n 1 π l 1 x ) sin ( ω 1 t ) - - - ( b ) y 2 ( x , t ) = Y 20 2 sin ( n 2 π l 2 ( x - l 1 ) ) sin ( ω 2 t + Φ ) - - - ( c ) 两侧导线舞动半波数n1和n2均为奇数时： T 1 = EAY 10 2 n 1 2 π 2 16 l 1 2 sin 2 ( ω 1 t ) - EAWY 10 T 0 n 1 π sin ω 1 t + T 0 - - - ( d ) T 2 = EAY 20 2 n 2 2 π 2 16 l 2 2 sin 2 ( ω 2 t + Φ ) - EAWY 20 T 0 n 2 π sin ( ω 2 t + Φ ) + T 0 - - - ( e ) 两侧导线舞动半波数n1为偶数，n2均为奇数时： T 1 = EAY 10 2 n 1 2 π 2 16 l 1 2 sin 2 ( ω 1 t ) + T 0 - - - ( f ) T 2 = EAY 20 2 n 2 2 π 2 16 l 2 2 sin 2 ( ω 2 t + Φ ) - EAWY 20 T 0 n 2 π sin ( ω 2 t + Φ ) + T 0 - - - ( g ) 式(b)～式(g)中，Y10和Y20为两档导线的舞动幅值，l1和l2为两档档距，Φ为两侧导线舞动相位差。ω1和ω2为两档导线的舞动频率，T1和T2为分别为两档导线舞动水平张力，T1和T2的差值即为舞动张力差，E为导线弹性模量，A为导线截面面积，W为覆冰导线单位长度重量；结合舞动区输电线路设计条件，变化导线型号、档距、半波数和相位差等参数，通过计算确定不同情况下两侧导线舞动水平张力及张力差的最大值；(3)档数及悬挂方式对舞动张力影响规律的确定带有悬垂串的连续多档模型，其导线舞动水平张力及张力差通过有限元方法计算得到；①建立包含2个独立耐张段的连续多档有限元模型，在发生舞动的两档导线节点上施加驻波激励，计算档数为2～9时耐张塔两侧导线舞动水平张力及张力差，确定悬挂方式及档数对耐张塔两侧导线舞动水平张力及张力差的影响规律；②建立包含1个独立耐张段的连续多档有限元模型，在发生舞动的两档导线节点上施加驻波激励，计算档数为2～9时直线塔两侧导线舞动水平张力及张力差，确定悬挂方式及档数对直线塔两侧导线舞动水平张力及张力差的影响规律；(4)杆塔挂点舞动荷载的确定采用两档分析模型确定不同工况下导线舞动水平张力及张力差的最大值，然后根据档数及悬挂方式对舞动水平张力及张力差的影响规律，得到用于杆塔设计的挂点水平张力及张力差。耐张塔需将两侧导线舞动水平张力按照转角(2θ)方向施加在挂点位置，挂点纵向荷载和横向荷载分别为：Tx＝(T1+T2)·sinθ                    (h)Ty＝(T1-T2)·cosθ                    (i)直线塔把两侧舞动水平张力差作用在挂点处即可。