一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法技术

本发明专利技术属于配电网中混凝土电杆的评估技术领域，具体涉及一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，首先通过建立洪水和暴雨的数学模型，将流动的洪水用workbench软件中的fluent模块进行模拟，暴雨通过数学模型等效为作用在导线上的力；接着通过仿真软件得出杆塔及导线的动力响应，通过workbench中的流固耦合，可以将洪水产生的冲击力作用在杆塔上，以及用约束力表示暴雨对导线产生的等效力，进而可以计算出杆塔底部的承受的最大弯矩和导线所承受的最大拉应力；最后通过结构可靠性理论，得出较为准确的预测杆塔倒杆和导线断线的概率计算公式，本发明专利技术的数学模型设计简单、合理、准确。数学模型所需数据量较少，但能够很好表征洪水和暴雨特征。表征洪水和暴雨特征。表征洪水和暴雨特征。

【技术实现步骤摘要】
一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法


[0001]本专利技术属于配电网中混凝土电杆的评估
，具体涉及一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的提高，电力行业迅猛发展，电力系统的稳定性得到了极大提高，进入21世纪以来，电网鲜有发生稳定性事故。但自然灾害等不可抗力成为了危害电网正常稳定运行的主要因素，因此研究自然灾害对电网的稳定运行影响就至关重要。由于气候变化及降水不均，我国是洪涝灾害频发的国家。几乎每年我国都有部分地区会发生洪涝灾害，灾害对电网的影响巨大。
[0003]洪涝灾害对电网主要会产生倒塔和断线的事故。洪涝灾害往往伴随着冲击水流及强降雨，冲击水流会对混凝土电杆的根部产生巨大冲击力，也会对杆塔顶部产生位移。冲击力可能导致电杆倒塔，而杆塔顶部位移及降雨则会增加导线的荷载，严重时可能导致断线事故。这些事故发生受天气、环境等因素影响，不能快速恢复供电，从而影响人民群众的生产生活和正常的工业生产。因此合理预测倒塔和断线概率、找出电网薄弱环节，对于电网减少损失和改进结构十分重要。
[0004]许多国内外学者研究了各种自然灾害对电力系统的影响，目前主要方法有 1)数据驱动，通过对电网受灾情况下的历史数据进行分析，进而借助机器学习算法统计灾害对电网的影响。2)仿真模拟，基于某种实际场景下，通过仿真建模，评估灾害对电网的影响。现有方法一方面没有得出较为准确的解析表达式，效率有待提高，另一方面基于某一单一场景得到的结果，不具有普遍适用性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，具体技术方案如下：
[0006]一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，获取某洪涝灾害地区详细灾情数据，以及该地区某一配电网络杆塔和导线的力学特征参数；
[0008]步骤2，通过分析该地区提取的某些灾情数据，分别建立洪水的力学模型和暴雨的力学模型；
[0009]步骤3，在workbench仿真软件中，分别建立杆塔的仿真模型和导线的仿真模型，分析杆塔和导线的动力响应，获得杆塔的最大弯矩σ
p
和导线的最大应力σ
l
；
[0010]步骤4，基于结构可靠性理论，分别计算杆塔倒塔概率和导线断线概率。
[0011]优选地，所述步骤S1中所获取的信息包括洪涝灾害信息和配电网相关参数信息；所述洪涝灾害信息包括每小时降雨量，洪水水流的速度和深度，以及混合了上游杂物的水流密度；所述配电网相关参数信息应该包括杆塔和导线的信息，具体包括配电网中所使用
杆塔的破坏弯矩均值与标准差、导线的极限抗拉强度均值与标准差。
[0012]优选地，所述步骤S2中建立洪水的力学模型具体为：洪水采用一个长方体的流体域进行模拟，长方体的高为洪水的深度，长和宽视具体的实际场景决定；洪水入口的速度记为v，密度记为ρ。
[0013]优选地，所述步骤S2中建立暴雨的力学模型具体为：
[0014]对于暴雨模型，假设直径为D的雨滴下落时，导线竖直方向上的均布线荷载P1用下式计算：
[0015][0016]其中，雨滴的直径D的单位为mm，竖直方向上的均布线荷载P1的单位为N/m；ρ
w
为雨水的密度，取值为1000kg/m3；n
r
为雨滴谱，指单位体积中雨滴的数量随雨滴大小的分布,符合Marshall
‑
Palmer分布，单位为个/m3；v
v
为雨滴竖向末速度；d为导线直径；
[0017]导线均布面荷载P2用下式计算：
[0018][0019]优选地，所述雨滴谱n
r
的计算方式如下：
[0020]n
r
＝n0exp(
‑
ΛD)；
[0021]其中，n0＝8000，Λ为斜率因子，Λ＝4.1I
‑
0.21
，I为降雨强度，单位为mm/h。
[0022]优选地，所述雨滴竖向末速度v
v
采用Brandes模型，计算公式如下： v
v
＝
‑
0.1021+4.932D
‑
0.9551D2+0.07934D3‑
0.002362D4。
[0023]优选地，所述步骤S3中根据建立的杆塔的仿真模型计算杆塔承受荷载，具体如下：
[0024]杆塔的洪水冲击载荷F
w
由仿真计算完成；
[0025]杆塔的暴雨载荷的计算公式如下：
[0026][0027]其中，表示暴雨对杆塔的荷载；A表示杆塔迎雨面的投影面积；P2为导线均布面荷载；
[0028]杆塔的导线、斜拉线载荷计算公式如下：
[0029][0030]其中，表示杆塔两侧导线分别所受暴雨荷载，若为直线杆塔则认为两者相互抵消；G表示线路对杆塔的重力荷载；F表示斜拉线对杆塔产生的载荷，直线杆塔中不需要斜拉线，则值为0。
[0031]优选地，所述步骤S3中根据建立的导线的仿真模型计算导线承受荷载，具体如下：
[0032][0033][0034][0035]其中，表示导线受到的暴雨荷载；表示导线垂直方向上受到的荷载；示水平方向上受到的荷载；P
rh
和P
rv
表示垂直方向和水平方向上的线荷载；d表示导线直径；l为杆塔水平档距。
[0036]优选地，所述步骤S4中杆塔倒塔概率的计算方式如下：
[0037][0038]其中，σ
P
、μ
P
分别表示混凝土电杆的抗弯矩强度分布标准差和均值；σ
p
表示电杆此时受外部载荷所产生的最大弯矩。
[0039]优选地，所述步骤S4中导线断线概率的计算方式如下：
[0040][0041]其中，σ
L
、μ
L
分别表示导线抗拉强度分布标准差和均值；σ
l
表示导线此时受外部载荷所产生的应力。
[0042]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，本专利技术首先通过建立洪水和暴雨的数学模型，将流动的洪水用workbench软件中的fluent模块进行模拟，暴雨通过数学模型等效为作用在导线上的力；接着通过仿真软件得出杆塔及导线的动力响应，通过workbench 中的流固耦合，可以将洪水产生的冲击力作用在杆塔上，以及用约束力表示暴雨对导线产生的等效力，进而可以计算出杆塔底部的承受的最大矩和导线所承受的拉最大应力；最后通过结构可靠性理论，得出较为准确的预测杆塔倒杆和导线断线的概率计算公式，本专利技术的数学模型设计简单、合理、准确。数学模型所需数据量较少，但能够很好表征洪水和暴雨特征。本专利技术对于杆塔最大弯矩和导线最大拉应力的计算，通过仿真软件完成，提高了准确度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，获取某洪涝灾害地区详细灾情数据，以及该地区某一配电网络杆塔和导线的力学特征参数；步骤2，通过分析该地区提取的某些灾情数据，分别建立洪水的力学模型和暴雨的力学模型；步骤3，在workbench仿真软件中，分别建立杆塔的仿真模型和导线的仿真模型，分析杆塔和导线的动力响应，获得杆塔的最大弯矩σ
p
和导线的最大应力σ
l
；步骤4，基于结构可靠性理论，分别计算杆塔倒塔概率和导线断线概率。2.根据权利要求1所述的一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，其特征在于：所述步骤S1中所获取的信息包括洪涝灾害信息和配电网相关参数信息；所述洪涝灾害信息包括每小时降雨量，洪水水流的速度和深度，以及混合了上游杂物的水流密度；所述配电网相关参数信息应该包括杆塔和导线的信息，具体包括配电网中所使用杆塔的破坏弯矩均值与标准差、导线的极限抗拉强度均值与标准差。3.根据权利要求1所述的一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，其特征在于：所述步骤S2中建立洪水的力学模型具体为：洪水采用一个长方体的流体域进行模拟，长方体的高为洪水的深度，长和宽视具体的实际场景决定；洪水入口的速度记为v，密度记为ρ。4.根据权利要求1所述的一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，其特征在于：所述步骤S2中建立暴雨的力学模型具体为：对于暴雨模型，假设直径为D的雨滴下落时，导线竖直方向上的均布线荷载P1用下式计算：其中，雨滴的直径D的单位为mm，竖直方向上的均布线荷载P1的单位为N/m；ρ
w
为雨水的密度，取值为1000kg/m3；n
r
为雨滴谱，指单位体积中雨滴的数量随雨滴大小的分布,符合Marshall
‑
Palmer分布，单位为个/m3；v
v
为雨滴竖向末速度；d为导线直径；导线均布面荷载P2用下式计算：5.根据权利要求4所述的一种洪涝灾害下配电线路倒塔和断线事故评估方法，其特征在于：所述雨滴谱n
r
的计算方式如下：n
r
＝n0exp(
‑
ΛD)；其中，n0＝8000，Λ为斜率因子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珊，唐捷，欧阳健娜，张炜，张玉波，俞小勇，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：