一種覆冰輸電線路應力計算方法
2024-01-21 18:05:15 2
一種覆冰輸電線路應力計算方法
【專利摘要】本發明提出了一種覆冰輸電線路應力計算方法，首先運用已有的輸電導線數據或輸入相關數據構建懸垂線方程，計算輸電導線未變形時的單元長度及總長度；其次用Newton-Raphson迭代法求解基本方程建立輸電導線懸垂線模型，運用結構力學方法計算各輸電導線單元應力狀態；最後計算出覆冰輸電導線應力在未來若干小時內的預測值。本發明的有益效果如下：能夠對覆冰輸電導線應力進行動態預測，具有精確度高和實時性強的特點，有效解決了低溫雨雪冰凍情況下覆冰輸電導線應力預測準確性的技術難題，推導出具有較好經濟性實用性的覆冰力學模型從而為監測數據的精度優化及直流融冰後導線疲勞損傷評估提供理論支撐。
【專利說明】-種覆冰輸電線路應力計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統輸電線路覆冰檢測【技術領域】，特別是指一種覆冰輸電線路應 力計算方法。
【背景技術】
[0002] 室外輸電線路在低溫雨雪氣象環境下容易覆冰，發生輸電導線斷線、倒培事故，最 終導致輸電系統故障，影響整個電力系統的調度方式、切負荷控制和安全穩定運行，不利於 對用戶的可靠供電。
[0003] 我國是輸電線路覆冰情況較嚴重的國家之一，線路冰害事故發生的概率居世界前 列，嚴重影響電網的安全穩定運行。例如，2008年1月，我國南方的冰雪災害超出了氣象部 口的預測，再次給國民經濟和社會生活帶來了巨大損失。受災人口多達1億，直接經濟損失 超過1100億元，其中電力系統遭到的損害尤其嚴重。
[0004] 處理輸電線路覆冰問題的基本原則是W防為主，目前傳統覆冰監測系統的基本實 現手段如下：對覆冰的相關參數（如氣象參數、絕緣子串拉力和絕緣子傾角等）進行遠程實 時測量，然後通過相關公式計算輸電線路的覆冰程度，並結合現場圖像監測檢修情況進行 綜合判斷。但是由於輸電線路所處環境複雜，各種影響因子間相互幹擾嚴重，因此，上述傳 統覆冰監測手段並不能精確預測輸電線路覆冰狀況。
[0005] 當前導線覆冰預測模型種類繁多，主要有Imai、Lenhart Goodwin、化aine、 Makkone等。由於輸電導線覆冰增長過程是非線性的，與周圍微氣象狀況密切相關，W上各 種覆冰預測模型均存在不同程度的誤差。因此採用上述任何一種覆冰預測模型得到的系統 監測數據與人工觀冰數據均存在偏差，一定程度上阻礙了在線監測系統工作效率的發揮。
[0006] 總之，輸電線路覆冰災害是影響電力系統安全穩定運行的重點災害之一，每年因 輸電線路覆冰造成的閃絡跳間、斷線、甚至倒培事故嚴重影響了電網的安全穩定運行及國 民經濟的發展，因此建立一套有效可靠的輸電線路覆冰監測系統顯的尤為重要。
【發明內容】
[0007] 本發明提出一種覆冰輸電線路應力計算方法，解決了現有技術中無法在低溫雨雪 氣象環境下精確分析和預測覆冰輸電導線應力變化情況的問題。
[0008] 本發明的技術方案是該樣實現的：
[0009] 一種覆冰輸電線路應力計算方法，其方法步驟如下：
[0010] (1)無自重狀態下輸電導線單元長度及輸電導線總長度的獲取：將輸電導線的理 想無自重狀態取為二次拋物線形狀，然後將其劃分為多個單元，並獲取每個單元節點的橫 坐標，然後根據每個單元節點的橫坐標計算出每個單元節點的縱坐標，得到每個單元節點 的整體坐標值，根據每個單元節點的整體坐標值計算出無自重狀態下輸電導線的單元長度 和輸電導線的總長度；
[0011] (2)計算得到自重作用下，每個輸電導線單元節點的新坐標值，再由新坐標值計算 得到自重作用下輸電導線單元的長度和輸電導線的總長度，完成導線的找形分析；
[0012] (3) W自重狀態下輸電導線的新單元節點坐標為基礎，代入單元剛度矩陣，得到新 的單元剛度矩陣；根據單元定位向量A 6,由輸電導線的單元剛度矩陣形成自重狀態下總剛 矩陣，即
【權利要求】
1. 一種覆冰輸電線路應力計算方法，其特徵在於，其方法步驟如下： (1) 無自重狀態下輸電導線單元長度及輸電導線總長度的獲取：將輸電導線的理想無 自重狀態取為二次拋物線形狀，然後將其劃分為多個單元，並獲取每個單元節點的橫坐標， 然後根據每個單元節點的橫坐標計算出每個單元節點的縱坐標，得到每個單元節點的整體 坐標值，根據每個單元節點的整體坐標值計算出無自重狀態下輸電導線的單元長度和輸電 導線的總長度； (2) 計算得到自重作用下，每個輸電導線單元節點的新坐標值，再由新坐標值計算得到 自重作用下輸電導線單元的長度和輸電導線的總長度，完成導線的找形分析； (3) 以自重狀態下輸電導線的新單元節點坐標為基礎，代入單元剛度矩陣，得到新的 單元剛度矩陣；根據單元定位向量A%由輸電導線的單元剛度矩陣形成自重狀態下總剛
陣、切線剛度矩陣及非線性基本方程； (4) 計算得到輸電導線當前覆冰狀態下各個單元節點的坐標值； (5) 下述由公式實時計算出輸電導線當前荷載作用下各部位的張力：
中：T。指輸電導線的拉力，E指輸電導線的彈性模量，A指輸電導線的橫截面面積，[N'。]指 輸電導線單元的形函數矩陣，[N'e]T指輸電導線單元形函數矩陣的轉置矩陣，{XN}^指輸電 導線單元的最終節點坐標列陣，{XN}a指輸電導線單元最終節點坐標列陣的轉置矩陣； (6) 由下述公式可求出輸電導線在當前覆冰狀態下的應力：
〇。指輸電導線的應力； 通過將上述計算結果與輸電導線的力學性能設定值比較，決定是否需要啟動除冰程 序。
2. 根據權利要求1所述的一種覆冰輸電線路應力計算方法，其特徵在於，所述步驟（2) 的具體實現方法如下： ①將輸電導線視為一維體，以無自重狀態下單元長度的中點為原點，取沿輸電導 線長方向的無量綱坐標s，得到三節點二次曲線單元的形函數；輸電導線單元的應變
虛功原理，最終得到輸電導線的單元剛度矩陣
陣、切線剛度矩陣及非線性基本方程； ② 根據步驟（1)中得到的輸電導線無自重狀態下單元節點的初始坐標，得到迭代計算 的U(0); ③ 對於第i次迭代，在得到一組{XN}i後，計算出[Ke]，代入方程 DgMxji-M= {ep，式中：[KE]i指第i次迭代時輸電導線的剛度矩陣，{XN}i指第i次迭代時輸電導線單元節點的位移列陣，{G}指重力荷載列陣，Ieli指誤差列； ④ 將步驟③中得到的誤差列仏廣代入方程（[Kj+OgOS(X1Ji= _{e} 1，式中：[KE]i 指第i次迭代時輸電導線的單元剛度矩陣，Dgi指第i次迭代時輸電導線系統的幾何剛度 矩陣，MXJi指第i次迭代時節點位移調整值列陣； ⑤ 將S(X1Ji代入方程{XN}i+1= {xy+s(XJi，式中：{XN}i指第i次迭代時輸電導線單 元節點的位移列陣，S(XJi指第i次迭代時輸電導線單元節點的位移調整值列陣，{XN}i+1 指第i+1次迭代時輸電導線單元節點的位移列陣；求得的{XN}i+1即為新的{XN};然後再返 回到步驟③，重新開始迭代計算； ⑥ 反覆執行步驟①?步驟⑤的迭代過程，直到最大相對校正值滿足方程
時輸電導線單元節點的位移值，SXi指第i次迭代時輸電導線單元節點的位移調整值，X1G{XN}，5X1G5{XJ。
3.根據權利要求1所述的一種覆冰輸電線路應力計算方法，其特徵在於，所述步驟（4) 的具體實現方法如下： ① 取輸電導線的自重狀態為初始狀態，根據步驟（2)得到的自重狀態下輸電導線單元 節點的新坐標值，得到迭代計算的u(tl); ② 對於第i次迭代，在得到一組（XJi後，由此計算出[Ke]，代入方程[KJUX1J = {eT，式中JKJi指第i次迭代時輸電導線的剛度矩陣，{G}指重力荷載 列陣，{Q}指分布荷載列陣，{R}指節點集中力列陣，Wi指誤差列； ③ 將步驟②中得到的誤差列{eT，代入方程（ogi+ogi)s(X1Ji= -{e}1，式中Jigi 指第i次迭代時輸電導線的單元剛度矩陣，Dgi指第i次迭代時輸電導線系統的幾何剛度 矩陣，S(X1Ji指第i次迭代時輸電導線單元節點位移調整值列陣；由此得到調整值S{XN} ④ 將步驟③中得到的調整值S{XN}i，代入方程{XN}i+1= {XN}i+S{XN}i，式中：{XN}i指 第i次迭代時輸電導線單元節點的位移列陣，Mxji指第i次迭代時輸電導線單元節點的 位移調整值列陣，{xN}i+1指第i+i次迭代時輸電導線單元節點的位移列陣；求得的{xN}i+1即 為新的{xN};然後再返回到步驟②，重新開始迭代計算； ⑤反覆執行步驟②?步驟④的迭代過程，直到最大相對校正值滿足方程
輸電導線單元節點的位移值，sXi指第i次迭代時輸電導線單元節點的位移調整值，其中X1G{XN}，5X1G5{XJ。
4.根據權利要求1所述的一種覆冰輸電線路應力計算方法，其特徵在於，所述步驟（1) 中在開始計算前，事先輸入輸電導線的幾何參數和材料參數信息；所述步驟（6)中輸電導 線的力學性能設定值根據輸電導線的幾何參數和材料參數信息得出。
【文檔編號】G06Q50/06GK104504610SQ201410745237
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】王閘, 孫鵬, 聶鼎, 陳娟, 楊迎春, 鄭欣 申請人:雲南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 雲南電網公司技術分公司