CN102359769A - 一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法及装置，所述方法包括：对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；根据所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。以便于电气专业设计人员根据所述绝缘子的位置坐标设计均压环的电气尺寸。本发明以确定V型绝缘子在各种荷载作用下的实际位置，以便于设计均压环电气尺寸，提高了工程施工效率。

Description

一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法及装置

技术领域

本发明涉及高压变电技术领域，特别涉及一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法及装置。

背景技术

目前，变电站中，1000kV“V”型悬垂绝缘子串的绝缘子片均选用NGK唐瓷CA-872型绝缘子，由于绝缘子自重较大，在绝缘子自重和导线、金具组合受力的作用下，绝缘子串的物理形态和几何尺寸无法预知，使得施工后“V”型绝缘子串物理形态和几何尺寸与施工图纸不符。通常情况下，均压环是根据“V”型绝缘子串进行设计的，最下端5个绝缘子的位置坐标按照两绝缘子串为直线型进行计算的，但具体施工时，绝缘子串在自重的作用下呈曲线型，最下端的5个绝缘子的位置坐标与施工图纸中预期计算的坐标值不一致。从而导致均压环设计是根据绝缘子串的实际位置进行摸索式设计的，边施工，便探讨，造成了很多不必要的浪费。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，由于不能精确计算出“V”型绝缘子在各种荷载作用下的真实形状，以及最下端5个绝缘子的具体坐标，不利于均压环电气尺寸的设计，同时也降低了工程施工效率。

发明内容

本发明实施例提供一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法及装置，以确定V型绝缘子在各种荷载作用下的实际位置坐标，以便于设计均压环电气尺寸，提高了工程施工效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法，所述方法包括：

对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。

优选的，所述根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率包括：

所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率等于所述中各个绝缘子的水平受力除以竖直受力斜率。

优选的，所述计算各个绝缘子的水平位置坐标包括：

按照公式

计算所述各个绝缘子的水平位置坐标，其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

优选的，所述对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力包括：

依据力学原理，所述绝缘子串变形后，各绝缘子处于力平衡状态，按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力和竖直受力：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；为各绝缘子的偏移角；λ为整个绝缘子串长。

相应的，本发明还提供一种确定变电站中均压环尺寸的装置，包括：

受力分析单元，用于对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

斜率计算单元，用于根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

确定单元，用于确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

位置计算单元，用于根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。

优选的，所述斜率计算单元，具体用于将所述水平受力除以竖直受力，得到所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率。

优选的，，所述确定单元，具体用于按照公式

计算各个绝缘子的水平位置坐标；

其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

优选的，所述受力分析单元。具体用于按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力和竖直受力，其中，公式(1)-(3)为：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；

为各绝缘子的偏移角；λ为整个绝缘子串长。

本发明中，是利用二力杆原理来计算绝缘子实际的位置坐标，即将每个绝缘子看成一个二力杆(只有轴力，没有弯矩)，按照力学原理，求出每个绝缘子的受力，包括水平受力Fx和竖直受力Fy，利用所述Fx和Fy的大小求出绝缘子的斜率，之后，根据所述斜率计算各绝缘子的位置坐标，特别是V型绝缘子串最下端5个绝缘子的位置坐标值，以便于电气专业设计人员根据所述5个绝缘子的位置坐标值设计均压环的电气尺寸，以防止电晕。

附图说明

图1为本发明提供的一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法的流程图；

图2为本发明提供的一种V型绝缘子串的“V”串示意图；

图3为本发明提供的单边绝缘子串的受力分析的示意图；

图4为本发明提供的单个绝缘子受力情况的示意图；

图5为本发明提供的一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

请参阅图1，为本发明提供的一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法的流程图；所述方法包括：

步骤101：对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

步骤102：根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

步骤103：确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

步骤104：根据各个绝缘子的所述斜率计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标；以便于电气专业设计人员根据所述绝缘子的位置坐标设计均压环的电气尺寸。

其中，步骤102和步骤103在实施例过程没有时间上的先后顺序，也可以同时实施，本发明不作限制。

本发明中，是利用二力杆原理来计算绝缘子实际的位置坐标，即将每个绝缘子看成一个二力杆(只有轴力，没有弯矩)，按照力学原理，求出每个绝缘子的受力，包括水平受力Fx和竖直受力Fy，利用所述Fx和Fy的大小求出绝缘子的斜率，之后，根据所述斜率计算各绝缘子的位置坐标，特别是V型绝缘子串最下端5个绝缘子的位置坐标值，以便于电气专业设计人员根据所述5个绝缘子的位置坐标值设计均压环的电气尺寸，以防止电晕。

其中，步骤101中，对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力具体包括：

依据力学原理，在变电站中，安装所述绝缘子串，并在所述绝缘子受力变形后，各绝缘子处于力平衡状态，按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力Fx(下述公式中用T表示)和竖直受力Fy(下述公式中用N表示)：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；

为各绝缘子的偏移角；λ为整个绝缘子串长。

为了并于本领域技术人员的理解，下面以具体的例子来说明计算绝缘子所受的水平受力Fx和竖直受力Fy情况。

请参阅图2，为本发明提供的一种V型绝缘子串的“V”串示意图，在该实施例中，比如，绝缘子的公称结构高度为160mm，单个绝缘子串共有59个绝缘子连接而成，将各绝缘子看成刚体，并假设各个绝缘子之间为铰接，“V”型绝缘子串所呈现的形状为弦多边形，绝缘子串所受的荷载有自重G、挂点荷载P(跳线及引下线)，A点和B点为V型绝缘子串的两个上端点，L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，C点为连接板的中间点，L/2为C点到A的水平距离，具体如图2所示：

取出图2中左边的绝缘子串，并对该单边绝缘子串进行受力分析，其单边绝缘子串的受力分析的示意图如图3所示，根据力学原理，在变电站中安装好绝缘子串后，且绝缘子串会有一定的变形，各绝缘子处于力平衡状态，这与绝缘子所处的位置和受力情况相关，即：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2};---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中：P：“V”串下端悬挂荷载(N)；

T：各绝缘子水平张力(N)；

N：所研究绝缘子下端所承受的荷载总和(N)；

g：计算范围内金具的重量(N)；

G_V：每米绝缘子串的重量(N)；

g_i：每个绝缘子自重(C点处为第一个绝缘子)(N)；

各绝缘子的偏移角(C点处为第一个绝缘子)(°)；

各绝缘子的偏移角；

λ：整个绝缘子串长。

之后，对上述公式1至公式3求解方程，解得的T为Fx，N为Fy；其中，对于求解方程的运算过程，对于本领域技术人员来说，已是熟知技术，在此不再赘述。

优选的，在步骤102和步骤103中，根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串的斜率；以及确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；其中，该步骤102和步骤103在实施过程中没有时间上的先后顺序，也可以同时执行，本实施例不作限制。

其中，计算各个绝缘子的水平位置坐标的示意图如图4所示，图4为本发明实施例提供的单个绝缘子受力情况的示意图，由上述实施例可知，可以确定各个绝缘子所受的水平受力Fx和竖直受力Fy；在确定了Fx和Fy，就可以确定了a角的角度，即tana＝Fx/Fy，即斜率；此外，由于绝缘子的结构公称高度为H，是已知的，所以，就可以确定单个绝缘子的水平位置坐标了，即根据公式：

确定单个绝缘子的水平位置坐标。

其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

当然，并不限于此，还可以通过其他的计算方式得到各个绝缘子的水平位置坐标。

在步骤104中，根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。通常情况下，坐标原点为连接板中心点，即两个最下端绝缘子连接点连线的中心点C处。

也就是说，本发明可以采用二力杆原理，知道绝缘子的角度，由于又知道绝缘子的结构高度，经过计算，就可以得到绝缘子的坐标。

之后，电业专业设计人员就可以根据所述绝缘子的位置坐标设计均压环的电气尺寸。

本发明所述技术方案计算绝缘子位置坐标较为精确，能较好的为均压环设计提供条件，提高了施工效率。

基于上述方法的实现过程，本发明还提供一种确定变电站中均压环尺寸的装置，其结构示意图如图5所示，所述装置包括：受力分析单元51，斜率计算单元52，确定单元53，位置计算单元54。其中，

所述受力分析单元51，用于对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

所述斜率计算单元52，用于根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

所述确定单元53，用于确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

所述位置计算单元54，用于根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标；以便于电气专业设计人员根据所述绝缘子的位置坐标设计均压环的电气尺寸。

其中，所述斜率计算单元52具体用于将所述水平受力除以竖直受力，得到所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率。

所述确定单元，具体用于按照公式

计算各个绝缘子的水平位置坐标；

其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

所述受力分析单元，具体用于按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力和竖直受力，其中，公式(1)-(3)为：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；为各绝缘子的偏移角。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种确定变电站中绝缘子的位置坐标的方法，其特征在于，包括：

对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率包括：

所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率等于所述中各个绝缘子的水平受力除以竖直受力斜率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各个绝缘子的水平位置坐标包括：

按照公式

计算所述各个绝缘子的水平位置坐标，其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力包括：

依据力学原理，所述绝缘子串变形后，各绝缘子处于力平衡状态，按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力和竖直受力：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；

为各绝缘子的偏移角；λ为整个绝缘子串长。

5.一种确定变电站中均压环尺寸的装置，其特征在于，包括：

受力分析单元，用于对V型绝缘子串中各个绝缘子进行受力分析，得到各个绝缘子的水平受力和竖直受力；

斜率计算单元，用于根据所述水平受力和竖直受力计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率；

确定单元，用于确定所述V型绝缘子串中各个绝缘子的水平位置坐标；

位置计算单元，用于根据各个绝缘子的所述斜率和水平位置坐标计算所述V型绝缘子串中各个绝缘子的位置坐标。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述斜率计算单元，具体用于将所述水平受力除以竖直受力，得到所述V型绝缘子串中各个绝缘子的斜率。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元，具体用于按照公式

计算各个绝缘子的水平位置坐标；

其中，x_i为绝缘子的水平位置坐标，H为绝缘子的结果公称高度；L为连接V型绝缘子串下端的连接板的长度，

为各绝缘子的偏移角。

8.根据权利要求5至7任一项所述的装置，其特征在于，所述受力分析单元。具体用于按照下述公式(1)-(3)计算出所述各个绝缘子所受的水平受力和竖直受力，其中，公式(1)-(3)为：

$N=g+\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i+\frac{P}{2}---\left(1\right)$

$\frac{l}{2}=\frac{\mathrm{\λT}}{G_V}[{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{G_V+P}{2T}\right)-{\mathrm{sh}}^{-1}\left(\frac{P}{2T}\right)]---\left(3\right)$

其中，P为“V”串下端悬挂荷载；T为各绝缘子水平张力，即水平受力；N为所研究绝缘子下端所承受的荷载总和，即竖直受力；g为计算范围内金具的重量；G_V为每米绝缘子串的重量；g_i为每个绝缘子自重；

为各绝缘子的偏移角；λ为整个绝缘子串长。

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