一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法技術

本發明專利技術提供一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，所述方法包括：建立輸電線路塔線體系有限元模型；確定桿塔螺栓節點的松脫位置；確定桿塔螺栓節點的風振次數；分析桿塔桿件的應力特征；評估破壞模式對相鄰輸電線路安全性能的影響。本發明專利技術提供的技術方案能夠反映輸電線路桿塔結構破壞對相鄰輸電線路安全性能的影響，與傳統的輸電線路安全性能評估方法相比，具有更好的適用性和更高的精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及輸電線路安全性能評估
，具體講涉及一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法。
技術介紹
隨著電網建設尤其是特高壓交直流電網建設的逐步推進，重要輸電通道占整個電網的比例逐年提高，3條及以上交、直流輸電線路(電壓等級500kV及以上)在同一個狹小斷面中通過的情況已較為普遍。以安徽安慶-宣城輸電通道為例，該通道合計輸送容量19600MW，±800kV錦蘇線、±800kV復奉線、±500kV葛南/林楓線在池州市匯入220kV官徽線，平行長度為8.878km，四回線路的平均間距僅為150m。重要通道輸電線路在強風作用下一旦發生機械破壞，將造成重大經濟損失和社會影響，嚴重影響國民經濟和人民生活。桿塔作為架空輸電線路的支撐結構，在輸電線路系統中占有重要地位，其安全性和可靠性對于保證輸電線路系統的安全穩定運行具有重要意義。桿塔結構一旦發生機械損傷或破壞，相對于風偏跳閘、覆冰閃絡等電氣事故而言，其修復難度大、成本高，且一般不能迅速恢復供電。對于狹窄斷面內有多條高電壓等級輸電線路通過的通道，某一條輸電線路桿塔發生倒塌時，很可能會對相鄰輸電線路桿塔產生影響，甚至導致連續倒塔。分析重要輸電通道內桿塔發生災害時的相互影響規律，通過仿真分析評估輸電桿塔的健康狀態，提出重要輸電通道桿塔各類潛在災害的風險分級標準和預防措施，對于建立多層次、全方位的桿塔災害預警和預防機制，實現重要輸電通道安全預警、提升電網防災能力具有重要意義。目前還沒有針對多條超/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全評估的方法，尤其是強風作用下桿塔結構的破壞模式對相鄰輸電線路的安全性能具有重要影響，更需要提出適用的輸電線路安全性能評估方法，為重要通道輸電線路設計及運行維護提供參考和依據。為滿足現有技術的發展，克服現有技術的缺陷，需要提供一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法。
技術實現思路
為了針對多條超/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全評估，本專利技術提供一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法。本專利技術提供的強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，其改進之處在于，所述評估方法包括以下步驟：(1)建立輸電線路塔線體系有限元模型；(2)確定桿塔螺栓節點的松脫位置；(3)確定桿塔螺栓節點的風振次數；(4)分析桿塔桿件的應力特征；(5)評估破壞模式對相鄰輸電線路安全性能的影響。進一步的，其特征在于，所述步驟(1)中，根據輸電線路斷面圖和桿塔司令圖，生成的導線、地線和桿塔的節點空間坐標建立有限元模型。進一步的，所述步驟(2)包括，按下式計算桿塔、導線和地線承受的風壓，確定桿塔螺栓節點的松脫位置： p = 1 2 ρ [ v ‾ 2 + ( 2 v ‾ u + u 2 ) ] ]]>其中，ρ表示空氣密度，表示平均風風速，u表示脈動風風速。進一步的，所述脈動風的載荷的確定包括：(1)進行傅立葉變換，確定與達文波特風譜對應的隨機傅立葉譜函數表達式；(2)編制MATLAB數值分析程序，生成不同高程的脈動風風速時程曲線；(3)確定不同高度處桿塔和導線、地線的脈動風荷載時程。進一步的，步驟(3)包括，根據下式確定所述螺栓節點風振次數：N＝T×24×3600×f其中，V為平均風速，T為強風過程持續時間，單位為天；脈動風荷載的頻率為f＝max(f1，fr)，一階振動頻率f1通過模態分析確定，fr＝0.04Hz為達文波特環境風譜的卓越頻率。進一步的，所述步驟(4)包括，通過瞬態動力分析確定強風作用下桿塔結構的桿件軸力時程，并按照受壓桿件的強度和受壓穩定計算并校核桿件最大應力比。進一步的，所述步驟(5)中，判斷步驟(2)的計算方法中螺栓節點是否會發生松脫；若螺栓發生松脫導致橫擔損壞或掉落，不會對相鄰輸電線路的安全性產生影響。進一步的，所述判斷螺栓節點是否發生松脫的標準為：平均風速為V時，橫擔螺栓節點發生松脫的振動次數臨界值為NV-lim，若N≤NV-lim，螺栓節點不會發生松脫；若N>NV-lim，螺栓節點發生松脫；進一步的，所述步驟(5)中，按下式計算桿塔的截斷點距塔頂的高度He：He＝H－H1其中，H1為截斷點距地面的高度，H為桿塔高度；根據桿塔的有效倒塌高度He，判斷相鄰輸電線路間距離為L情況下，桿塔倒塌的影響。進一步的，根據截斷點距塔頂的高度判斷He與相鄰輸電線路間距離L的關系判斷桿塔倒塌對相鄰輸電線路安全性的影響。與最接近的現有技術比，本專利技術具有以下優異效果：1、本專利技術提供的評估方法是針對多條超/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全評估的，為重要通道輸電線路設計及運行維護提供參考和依據，減小建成后強風作用下，桿塔倒塌造成的經濟損失。2、本專利技術提供的評估方法可依據實際輸電線路段參數建立有限元仿真模型，通過瞬態動力分析確定強風作用下桿塔結構受力特征和倒塌規律，可考慮強風作用下導線、地線的大變形影響，能夠反映一條輸電線路桿塔結構破壞對相鄰輸電線路安全性能的影響，與傳統的輸電線路安全性能評估方法相比，具有更好的適用性和更高的精度。說明書附圖圖1為桿塔節段高度分布示意圖；圖2為塔線體系有限元模型示意圖；圖3為脈動風風速時程曲線圖；其中，1-截斷點；2-地線；3-導線；4-懸垂串；5-桿塔。具體實施方式為詳細的介紹本專利技術提供的在強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，以下將結合說明書附圖和具體實施例進行說明。在強風作用下桿塔結構破壞的原因主要有兩類：一是強風持續作用下桿塔節點螺栓松脫進而導致結構局部或整體發生破壞，二是強風作用下桿塔桿件應力超過設計強度進而導致桿塔發生整體倒塌破壞。本專利技術將通過建立重要通道輸電線路段機械力學仿真模型，分析強風作用下桿塔桿件應力超限及節點螺栓松脫導致的桿塔倒塌模式，確定某一條輸電線路桿塔倒塌對相鄰輸電線路安全性能的影響程度，實現強風作用下重要通道輸電線路安全性能的評估。本專利技術提供的評估方法，其包括以下步驟本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，其特征在于，所述評估方法包括以下步驟：(1)建立輸電線路塔線體系有限元模型；(2)確定桿塔螺栓節點的松脫位置；(3)確定桿塔螺栓節點的風振次數；(4)分析桿塔桿件的應力特征；(5)評估破壞模式對相鄰輸電線路安全性能的影響。

【技術特征摘要】
1.一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，其特征在于，所述評估方法包
括以下步驟：
(1)建立輸電線路塔線體系有限元模型；
(2)確定桿塔螺栓節點的松脫位置；
(3)確定桿塔螺栓節點的風振次數；
(4)分析桿塔桿件的應力特征；
(5)評估破壞模式對相鄰輸電線路安全性能的影響。
2.根據權利要求1所述的評估方法，其特征在于，所述步驟(1)中，根據輸電線
路斷面圖和桿塔司令圖，生成的導線、地線和桿塔的節點空間坐標建立有限元模型。
3.根據權利要求1所述的評估方法，其特征在于，所述步驟(2)包括，按下式計
算桿塔、導線和地線承受的風壓，確定桿塔螺栓節點的松脫位置：
p = 1 2 ρ [ v ‾ 2 + ( 2 v ‾ u + u 2 ) ] ]]>其中，ρ表示空氣密度，表示平均風風速，u表示脈動風風速。
4.根據權利要求3所述的評估方法，其特征在于，所述脈動風的載荷的確定包括：
(1)進行傅立葉變換，確定與達文波特風譜對應的隨機傅立葉譜函數表達式；
(2)編制MATLAB數值分析程序，生成不同高程的脈動風風速時程曲線；
(3)確定不同高度處桿塔和導線、地線的脈動風荷載時程。

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊風利，李正，程永鋒，程登峰，夏令志，張宏杰，季坤，劉靜，嚴波，李森林，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網安徽省電力公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11