不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法技术

本发明专利技术涉及不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，根据10kV将绝缘线路运行时可能出现气象条件，确定了线路的不同载荷和覆冰情况，按1:1比例搭建了绝缘线路3D模型，对不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性进行合理分析。得到了不同风载与不同覆冰情况下10kV架空绝缘线路的位移的静动态云图，获得了位移的静动态变化规律，为10kV架空绝缘线路舞动机理的分析奠定了理论基础，有助于从原理上探究10kV架空绝缘线路的舞动特性与机理，从而有助于线路舞动的防范预警，保证输电线路的安全运行。保证输电线路的安全运行。保证输电线路的安全运行。

【技术实现步骤摘要】
不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法


[0001]本专利技术属于配电分析
，尤其是不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法。

技术介绍

[0002]线路舞动是架空输电线路在覆冰的情况下受到风激励是发生的一种振动现象，其频率低、持续时间长，会导致架空输电线路发生机电类故障，例如闪络、绝缘子以及金具的机械损坏，严重时甚至会发生线路断裂与杆塔倒塌的故障。我国是输电线路舞动灾害最严重的国家之一，据统计，各电压等级共计发生舞动事故1300次以上，造成经济损失高达数百亿。导线舞动常见于110kV及以上高压输电线路，然而近年来，包括天津、吉林、河北在内的一些地区相继出现10kV配电架空线路舞动现象。10kV架空线路是配电网的重要组成部分，其安全稳定运行，直接关系到用户能否正常的生产生活。因此，充分掌握10kV架空绝缘线路的舞动特性，从而减少风险故障的发生很有必要。
[0003]10kV架空输电线路分布广泛，运行环境复杂多样，导致其很容易受到强风、覆冰等恶劣气象条件的影响。为及时防范舞动事故的发生，对输电线路在不同风载、覆冰情况下的舞动特性进行分析，从而为舞动的防范预警提供基础。
[0004]目前得到人们广泛认可的舞动机理主要由以下五种：
[0005](1)Den.Hartog舞动机理；
[0006](2)O.Nigol扭转舞动机理；
[0007](3)P.Yu偏心惯性耦合舞动机理；
[0008](4)低阻尼共振舞动机理；
[0009](5)动力稳定性舞动机理。
[0010]常用的输电线路舞动分析方法主要为：物理实验、人工风洞实验以及数值模拟计算法。由于物理实验占地面积大、施加条件困难，很少进行物理实验。人工风洞实验主要是确定输电线路的某些系数以便配合后续的数值计算。数值模拟计算多为建立相应的数学模型，模拟输电线路的舞动特性，少部分采用仿真软件搭建模型进行分析，通过实际采集的数据验证数值模拟的有效性。
[0011]传统的舞动研究基本上只针对110kV及以上电压等级的输电线路，对35kV及以下电压等级尤其是10kV电压等级输电线路舞动特性的研究尤为欠缺。10kV输电线路与高电压等级输电线路在运行环境、导线线型、结构参数以及档距大小等方面具有巨大的差异。因此，10kV输电线路的舞动特性不能照搬高电压等级线路的舞动特性，需要进行独立分析。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，能够在尽量保证控制精度的前提下提高计算效率并降低控制成本。
[0013]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0014]不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1、确定架空绝缘线路的载荷和覆冰情况；
[0016]步骤2、根据架空绝缘线路的实际情况，建立10kV架空绝缘线路仿真模型；
[0017]步骤3、对仿真模型进行网格划分；
[0018]步骤4、对网格划分后的仿真模型进行求解；
[0019]步骤5、求解得到结果后对仿真模型进行后处理。
[0020]而且，所述步骤1中架空绝缘线路的载荷包括垂直载荷和风力载荷；
[0021]架空绝缘线路的垂直载荷通过仿真软件Static/Transient Structural中垂直载荷直接得到；
[0022]架空绝缘线路的风力载荷的计算方法为：
[0023]F＝γAL
[0024][0025][0026]其中，F为风力载荷，γ为风压比载，A为架空线界面积，L为水平档距，α
f
为风速不均匀系数，当v＜20m/s时，α
f
＝1；当20≤v＜27m/s时，α
f
＝0.75；当v≥27m/s时，α
f
＝0.75；μ
sc
为架空线的空气动力系数，对于无冰架空线，当线路直径d＜17mm时，μ
sc
＝1.2；当线路直径d≥17mm时，μ
sc
＝1.1；覆冰时空气动力系数μ
sc
＝1.2，B为风载增大系数，无冰时为1，覆冰厚度为5mm时为1.1，d为架空线外径，b为覆冰厚度，无冰时为0；θ为风向与线路方向的夹角，W
v
为风压标准值，v为风速，ρ为空气密度。
[0027]而且，所述步骤1中的架空绝缘线路的覆冰情况的计算方法为：
[0028][0029]而且，所述步骤2的具体实现方法为：根据线路的实际尺寸，并对不重要的部分进行相应简化，然后通过ANSYS软件建立线路的仿真模型。
[0030]而且，所述不重要部分为对为实心线等对结果影响很小的部分
[0031]而且，所述步骤3中网格划分的要求为：对架空绝缘线路的导线使用高精度的网格进行划分，对于其他部分的网格划分的精度适当的降低。
[0032]而且，所述步骤4中求解包括：静态结构计算和瞬态结构计算；静态结构的具体计算方法为：通过对模型的有关参数进行处理，将处理后的数据输入ANSYS Workbench，得到模型的静态结构；瞬态结构的具体计算方法为：计算模型的惯性力、阻尼力和变形力，将得到的数据输入ANSYS Workbench，得到模型的动态结构。
[0033]而且，所述有关参数处理包括：
[0034]对应变处理：
[0035][0036]其中，ε
ln
为真实应变，l为应变后的杆长，l0为原始杆长；
[0037]对应力处理：
[0038][0039]其中，σ
t
为真实应力，σ
E
为工程应力，ε
E
为工程应变。
[0040]应力钢化处理：确定使用应力钢化时，打开预应力选项，生成一个应力钢化矩阵，并将矩阵附加到结构刚度矩阵上进行求解；
[0041]大转动处理：在求解过程中激活大位移选项来处理。
[0042]而且，所述惯性力计算方法为：
[0043][F
m
]e
＝[M]e
{
ü
}
e
[0044]其中，[F
m
]e
为单元内节点承受的惯性力，[M]e
为单元质量矩阵，{
ü
}
e
为单元内节点加速度矩阵，
[0045]阻尼力方法为：
[0046][0047]其中，[F
c
]e
为单元内节点承受的阻尼力，[C]e
为单元阻尼矩阵，为单元内节点速度矩阵；
[0048]变形力计算方法为：
[0049][F
k
]e
＝[K]e
{u}
e
[0050]其中，[F
k
]e
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、确定架空绝缘线路的载荷和覆冰情况；步骤2、根据架空绝缘线路的实际情况，建立10kV架空绝缘线路仿真模型；步骤3、对仿真模型进行网格划分；步骤4、对网格划分后的仿真模型进行求解；步骤5、求解得到结果后对仿真模型进行后处理。2.根据权利要求1所述的不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：所述步骤1中架空绝缘线路的载荷包括垂直载荷和风力载荷；架空绝缘线路的垂直载荷通过仿真软件Static/Transient Structural中垂直载荷直接得到；架空绝缘线路的风力载荷的计算方法为：F＝γALF＝γAL其中，F为风力载荷，γ为风压比载，A为架空线界面积，L为水平档距，α
f
为风速不均匀系数，当v＜20m/s时，α
f
＝1；当20≤v＜27m/s时，α
f
＝0.75；当v≥27m/s时，α
f
＝0.75；μ
sc
为架空线的空气动力系数，对于无冰架空线，当线路直径d＜17mm时，μ
sc
＝1.2；当线路直径d≥17mm时，μ
sc
＝1.1；覆冰时空气动力系数μ
sc
＝1.2，B为风载增大系数，无冰时为1，覆冰厚度为5mm时为1.1，d为架空线外径，b为覆冰厚度，无冰时为0；θ为风向与线路方向的夹角，W
v
为风压标准值，v为风速，ρ为空气密度。3.根据权利要求1所述的不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：所述步骤1中的架空绝缘线路的覆冰情况的计算方法为：4.根据权利要求1所述的不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：根据线路的实际尺寸，然后通过ANSYS软件建立线路的仿真模型。5.根据权利要求4所述的不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：所述不重要部分为对为实心线等对结果影响很小的部分。6.根据权利要求1所述的不同风载、覆冰条件下10kV架空绝缘线路舞动特性分析方法，其特征在于：所述步骤3中网格划分的要求为：对架空绝缘线路的导线使用高精度的网格进行划分，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖国强，郑悦，姚瑛，邓连波，杨磊，栗薇，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司滨海供电分公司国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：