CN105160123B - 一种考虑导线张力的风偏角计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑导线应力变化的风偏角计算方法，包括以下步骤：1、计算有风情况下温度变化时代表档距下的导线应力；2、计算风偏时导线悬挂点处的应力水平分量和垂直分量；3、将步骤2得到的导线应力用于刚性直棒法，得到新的计算悬垂绝缘子串风偏角计算公式。本发明考虑了不同工况下的导线应力变化对风偏角的影响，对传统的悬垂绝缘子风偏角计算公式进行了优化和补充，这对于保证电网安全运行具有重要意义。

Description

一种考虑导线张力的风偏角计算方法

技术领域

本发明涉及一种风偏角计算方法，尤其是一种考虑导线张力的风偏角计算方法，属于输电杆塔设计技术领域。

背景技术

架空输电线路风偏是输电线路运行过程中的常见现象，风偏跳闸是造成电网运行故障较频繁的原因。绝缘子在强风作用下容易发生偏转，减小和输电杆塔的距离，当绝缘子和杆塔之间的距离小于安全距离时会发生风偏闪络现象影响输电线路的正常运行，因此在输电杆塔设计中的防风偏计算有必要考虑绝缘子串的风偏特性，预留出足够的安全距离。在以往的设计中，由于算法简单、原理清晰，通常使用刚性直棒法进行绝缘子串的风偏计算，而该方法只是简单考虑了作用于绝缘子串和输电线上的水平荷载和垂直荷载的影响，忽略了不同工况下输电线内部张力的变化对悬垂绝缘子风偏角的影响，而导线周围的气象条件以及导线风偏状态对其张力均有不用程度的影响，从而影响对绝缘子串风偏角的计算。此计算方法对于保证电网安全运行具有重要意义。

本发明在求解不同温度和导线风偏状态下的导线悬挂点张力的水平分量和垂直分量的基础上提出了一种风偏角计算方法，为输电杆塔设计中的防风偏设计计算提供了参考。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷或不足，本发明提出了一种考虑导线张力的风偏角计算方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种考虑导线应力变化的风偏角计算方法，包括以下步骤：

步骤1：已知温度t₁时的导线水平应力σ_01s，求解有风情况下温度t₂时的导线水平应力σ_02s：

其中：

其中，l_r1、l_r2为导线风偏角为η₁、η₂时连续档耐张段的代表档距，β_r为代表高差角；γ₁、γ₂分别为温度t₁、t₂时的架空导线比载；W_P1、W_P2分别为风速为v₁、v₂时的风荷载；ρ为空气密度，C_d为输电线在平均风压下的阻力系数，D为输电线直径；E为导线弹性系数，a为导线温度线膨胀系数，n为连续档的档数，l_io为第i段连续档的档距，β_io第i段连续档的高差角。

步骤2：计算风偏时所述导线A和B处的应力水平分量P_a、P_b和垂直分量V_a、V_b：

其中，W为所述导线单位长度作用荷载，W_p为风荷载，综合荷载风偏平面内的导线长度风偏平面内的档距风偏平面内的高差h′＝hcosα，l为无风时的档距，h为无风时的高差，导线风偏角导线水平张力和综合荷载的比值Hx’为导线风偏平面内最低点的导线张力。

步骤3：计算所述绝缘子串在悬挂点A和B处的风偏角θ_a和θ_b：

其中，G_p、G_v分别为悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载和自重；

所述悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载相同，均为G_p，其计算方法为：

其中，v为平均风速，A为单片绝缘子的受风面积。

所述步骤3中平均风速v为10分钟平均风速。

本发明的有益效果在于：

本发明考虑不同工况下导线应力变化，计算悬垂绝缘子串在不同温度和导线风偏状态下的风偏角，对于加强杆塔承载能力，保证电网安全运行具有重要意义。

附图说明

图1是本发明输电线在重力状态下的悬链曲线图；

图2是本发明输电线在重力状态和风偏状态下的平面关系图；

图3是本发明档距和高差示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种考虑导线应力变化的风偏角计算方法，包括以下步骤：

步骤1：已知温度t₁时的导线水平应力σ_01s，求解有风情况下温度t₂时的导线水平应力σ_02s：

其中：

其中，l_r1、l_r2为导线风偏角为η₁、η₂时连续档耐张段的代表档距，β_r为代表高差角；γ₁、γ₂分别为温度t₁、t₂时的架空导线比载；W_P1、W_P2分别为风速为v₁、v₂时的风荷载；ρ为空气密度，C_d为输电线在平均风压下的阻力系数，D为输电线直径；E为导线弹性系数，a为导线温度线膨胀系数，n为连续档的档数，l_io为第i段连续档的档距，β_io第i段连续档的高差角。

步骤2：计算风偏时所述导线A和B处的应力水平分量P_a、P_b和垂直分量V_a、V_b：

其中，W为所述导线单位长度作用荷载，W_p为风荷载，综合荷载风偏平面内的导线长度 距风偏平面内的高差h′＝hcosα，l为无风时的档距，h为无风时的高差，导线风偏角导线水平张力和综合荷载的比值Hx’为导线风偏平面内最低点的导线张力。

步骤3：计算所述绝缘子串在悬挂点A和B处的风偏角θ_a和θ_b：

其中，G_p、G_v分别为悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载和自重；

所述悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载相同，均为G_p，其计算方法为：

其中，v为平均风速，A为单片绝缘子的受风面积。

所述步骤3中平均风速v为10分钟平均风速。

如附图1所示，以悬链线最低点为原点，以导线自重荷载方向为Y轴，垂直于荷载方向为X轴建立坐标系。导线任一点x处张力的水平分量为Hx，垂直分量为Nx，Na、Nb分别为A点、B点处导线张力的垂直分量，为任一点x处的切线斜率，W为单位长度导线上作用的荷载，L为导线长度，Lx为坐标原点至曲线任一点x处的导线长度，l为档距，h为高差。其中：

由式(3)(4)(5)可得：

将式(6)(7)(8)分别代入式(9)可得：

如附图2所示，NKFHLJ表示地平面，A、B点为导线悬挂点，与图3中悬挂点1和分别对应，AKLBC表示导线在无风情况下所处的垂直平面，此时导线仅承受自重及覆冰重量，档距长度l＝BC，高差h＝AC。导线在风荷载作用下发生偏转后处于风偏平面EAFGB，此时导线风偏角Wp为风荷载，

过B点作BD垂直于直线EF，连接CD，则导线风偏后的档距长度l’＝BD，高差h’＝AD。(以下风偏平面内的参数均带符号“’”)

h′＝AD＝hcosα (18)

将Na’分解为垂直分力V_a1及横向分力P_a1，即：

V_a1＝N_a′cosα (19)

P_a1＝N_a′sinα (20)

将Hx’分解为BC与CD两个方向的分力，则

再将H_cd分解为横向力及垂直力，可得：

因此，悬挂点A的三个分力为：

其中，m′＝Hx′/W′，sinα＝Wp/W′，cosα＝W/W′，

得A点的各分力：

同理可得悬挂点B的三个分力：

本实施例以青海察汗诺—格尔木段线路为例，该线路段所用的导线型号为JL/lb-240/30。绝缘子串的型号为FXBG-110/100。输电线路的空间位置如附图3所示。

首先按照步骤1求解不同工况下代表档距下的导线应力。步骤1中导线水平应力的理论计算结果表1所示。

按照步骤2求解不同工况下悬挂点A、B处的垂直力和水平力。步骤2中导线悬挂点A和B处的应力水平分量P_a、P_b和垂直分量V_a、V_b理论计算结果表2所示。

按照步骤3求解不同工况下悬挂点A、B处的风偏角。步骤3中理论计算结果和用传统刚性直棒法得到的风偏角如表3所示。

可见用本方法计算的风偏角与用传统的刚性直棒法计算的结果基本一致，且所得结果偏小，说明用传统的刚性直棒法得到的结果偏保守。

需要说明的是，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

表1

表2

表3

Claims (2)

1.一种考虑导线应力变化的风偏角计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：已知温度t₁时的导线水平应力σ_01s，求解有风情况下温度t₂时的导线水平应力σ_02s：

其中：

其中，l_r1、l_r2为导线风偏角为η₁、η₂时连续档耐张段的代表档距，β_r为代表高差角；γ₁、γ₂分别为温度t₁、t₂时的架空导线比载；W_P1、W_P2分别为风速为v₁、v₂时的风荷载；ρ为空气密度，C_d为输电线在平均风压下的阻力系数，D为输电线直径；E为导线弹性系数，a为导线温度线膨胀系数，n为连续档的档数，l_io为第i段连续档的档距，β_io第i段连续档的高差角

步骤2：计算风偏时导线左端A处和右端B处的应力水平分量P_a、P_b和垂直分量V_a、V_b：

其中，W为导线单位长度作用荷载，W_p为风荷载，综合荷载风偏平面内的导线长度风偏平面内的档距风偏平面内的高差h′＝hcosα，l为无风时的档距，h为无风时的高差，导线风偏角导线水平张力和综合荷载的比值Hx’为导线风偏平面内最低点的导线张力

步骤3：计算绝缘子串在悬挂点A和B处的风偏角θ_a和θ_b：

其中，G_p、G_v分别为悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载和自重

悬挂点A和B处绝缘子串所受风荷载相同，均为G_p，其计算方法为：

其中，v为平均风速，A为单片绝缘子的受风面积。

2.根据权利要求1所述的考虑导线应力变化的风偏角计算方法，其特征在于：所述步骤3中平均风速v为10分钟平均风速。