[发明专利]输电线路风偏瞬态响应计算方法

摘要

本发明提出了一种考虑气动力系数随风攻角变化的输电线路风偏瞬态响应计算方法；通过风洞试验测量裸导线及覆冰导线气动力系数；考虑输电线路各点的空间相关性以及同一点纵向和竖向风速的相关性，利用谐波叠加法模拟三维脉动风速；建立连续多跨多分裂输电线路有限元模型，利用每一时刻的合风速及随风攻角变化的气动力系数精确计算风荷载，对导线风偏进行时程分析。

主权项

1.输电线路风偏瞬态响应计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：制作精确模拟导线表面粗糙度的裸导线和覆冰导线模型，通过高频天平测力风洞试验测定不同风攻角下裸导线和覆冰导线各子导线的气动力系数；步骤2：根据某真实输电线路的动力学特性和结构形式，选择合适的单元类型，建立包含各子导线、绝缘子串、间隔棒、金具在内的精细化有限元模型；步骤3：确定地貌类型，根据导线所在位置处的平均风速以及湍流特性，考虑输电线路各点的空间相关性以及同一点纵向和竖向风速的相关性，利用谐波叠加法模拟三维脉动风速；步骤4：根据某时刻的合风速以及该时刻风攻角对应的气动力系数，精确计算各子导线的阻力和升力，并施加在有限元模型上；所述步骤4考虑竖向脉动风速后，合风速方向时刻改变，合风速与多分裂导线的夹角即风攻角时刻改变，相应的气动力系数随风攻角变化，可精确计算得到导线风荷载，具体的，考虑导线与来流之间的相对运动，t时刻子导线j处的纵向风速U_j、竖向风速W_j、合风速V_合j按下式计算：式中：和分别为子导线j纵向和竖向运动速度，利用Newmark β法计算；u_j和w_j分别为子导线j处纵向和竖向脉动风速；为子导线j处纵向平均风速；风攻角为合风速与导线的夹角，t时刻子导线j处风攻角θ_j可表示为：θ_j＝Ω‑φ_j式中：Ω为导线断面转过的角度；φ_j为子导线j处纵向风速与合风速夹角；子导线j处阻力F_Dj与合风速方向同向，升力F_Lj与合风速方向垂直，根据准定常假设可分别表示为：F_Dj(θ_j，t)＝0.5ρV_合j(t)²C_Dj(θ_j)A_jF_Lj(θ_j，t)＝0.5ρV_合j(t)²C_Lj(θ_j)A_j式中：ρ为空气密度；A_j为迎风面积；C_Dj(θ_j)为阻力系数，C_Lj(θ_j)为升力系数；将阻力和升力分别沿X轴和Z轴投影，得到纵向荷载和竖向荷载：F_Xj＝F_Dj·cosφ_j+F_Lj·sinφ_jF_Zj＝F_Dj·sinφ_j‑F_Lj·cosφ_j‑G_j式中：G_j为导线重力；为了消除在导线上施加突加荷载后的冲击放大效应，在模拟的风速时程前增加一段风速由0线性增至第一个时间点风速的过程；步骤5：利用有限单元法求解输电线路各点风偏瞬态响应。