CN105162031B - 一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，步骤包括：首先为农配网的每一根电杆建立当前电杆和导线的三维模型并增加防冰抗风拉线、为导线增加指定的覆冰厚度，通过有限元分析计算力学指标，根据力学指标确定每一根电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力；然后针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力。本发明能够提高电杆防冰抗风的承载能力，改善电杆的安全性能，避免电杆弯曲变形，防止农配网电杆大面积串倒事故发生，提高农配网线路的安全等级，确保迎峰渡冬过程农配网稳定可靠运行、施工周期短、改造成本低、对现有电杆无结构损伤、施工简单。

Description

一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法

技术领域

本发明涉及农配网电杆防灾技术，具体涉及一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法。

背景技术

农配网线路多采用自立锥形水泥电杆，导线自身线径小，在覆冰条件下由于档距差、高差、气候等原因导致的不平衡张力，以及垂直线路方向的风荷载作用，可能发生电杆串倒事故，造成大面积停电事故。于与此同时，风冰荷载威胁最为严重时期为春节，为我国重要的节假日。农配网线路跨越地形复杂，财力和技术基础力量较为薄弱，因此如何实现农配网的电杆防冰抗风结构加固，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够提高电杆防冰抗风的承载能力，改善电杆的安全性能，避免电杆弯曲变形，防止农配网电杆大面积串倒事故发生，提高农配网线路的安全等级，确保迎峰渡冬过程农配网稳定可靠运行、施工周期短、改造成本低、对现有电杆无结构损伤、施工简单的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，步骤包括：

1)从农配网中所有待加固的电杆中选择一个电杆作为当前电杆；

2)根据当前电杆的结构、安装的导线型号建立当前电杆和导线的三维模型，并在所述三维模型中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线、为导线增加指定的覆冰厚度；

3)分别设置多种备选的拉线预拉力，针对每一种拉线预拉力，将所述三维模型导入有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，所述有限元模型的力学指标包括电杆最大位移、电杆最大力矩、电杆最大拉应力和电杆最大应变；根据每一种拉线预拉力下有限元模型的力学指标确定当前电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力；

4)判断是否所有待加固的电杆已处理完毕，如果尚未处理完毕，则从所有待加固的电杆中选择下一个电杆作为当前电杆，跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤5)；

5)针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使得所安装防冰抗风拉线的预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力。

优选地，所述步骤2)中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线具体是指：

2.1)判断当前电杆的线路水平档距、线路垂直档距，如果所述线路水平档距大于100米或者线路垂直档距大于150米，则跳转执行步骤2.6)；否则跳转执行下一步；

2.2)判断当前电杆所处位置是否为迎风坡或者风口位置，如果是则跳转执行步骤2.6)；否则跳转执行下一步；

2.3)根据当前电杆的历年覆冰状况确定当前电杆是否处于重冰区，如果当前电杆处于重冰区且当前电杆为耐张转角电杆，则跳转执行步骤2.7)；否则跳转执行下一步；

2.4)判断当前电杆是否为长度超过500m或电杆超过8基的耐张段的中间电杆，如果是则跳转执行步骤2.8)，否则跳转执行下一步；

2.5)判断当前电杆是否为终端电杆，如果是则跳转执行步骤2.8)，否则跳转执行步骤2.9)；

2.6)为当前电杆增加四方防冰抗风拉线，所述四方防冰抗风拉线包括两根对线拉线和两根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；跳转执行步骤2.9)；

2.7)为当前电杆增加三方防冰抗风拉线，所述三方防冰抗风拉线包括两个对线拉线和一根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、防风拉线布置于当前电杆的转角外侧；跳转执行步骤2.9)；

2.8)为当前电杆增加对拉防冰抗风拉线，所述对拉防冰抗风拉线包括两根防风拉线，且两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；

2.9)为当前电杆增加防冰抗风拉线完毕，返回。

优选地，所述对线拉线、防风拉线两者和电杆的夹角均为45°～50°。

优选地，所述对线拉线和防风拉线一端连接至电杆的横担下方100mm处，另一端固定于地面上。

优选地，所述步骤5)中按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线时，对线拉线和防风拉线固定于地面上的一端采用拉线底盘埋入地面下。

优选地，所述拉线底盘采用硬塑土掩埋。

优选地，所述步骤5)中还包括横担加固补强的步骤，横担加固补强的详细步骤包括：

5.1)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是直线电杆，如果是直线电杆则跳转执行步骤5.2)，如果不是直线电杆则判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是转角杆，如果是转角杆则跳转执行步骤5.3)，否则跳转执行步骤5.4)

5.2)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的导线垂直档距，如果导线垂直档距大于或等于120米，则在安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担下侧加装斜撑，所述斜撑的下端连接固定在电杆上、上端连接固定在电杆的横担上；跳转执行步骤5.4)

5.3)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的转角，如果转角为10°以下，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担；如果转角为10°～45°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担或构架横担；如果转角为45°～90°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用十字双横担或构架横担；跳转执行步骤5.4)

5.4)横担加固补强完毕，退出。

本发明用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法具有下述优点：

1、本发明针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，能够提高电杆防冰抗风的承载能力，对现有电杆无结构损伤，且具有施工周期短、改造成本低、施工简单的优点。

2、本发明通过分别设置多种备选的拉线预拉力，针对每一种拉线预拉力，通过有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，从而确定每一根电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力，然后针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使得所安装防冰抗风拉线的预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力，从而能够确保电杆安装防冰抗风拉线时受力最佳，能够解决现有配网线路的电杆在覆冰条件下由于档距差、高差、气候等原因导致的不平衡张力以及垂直线路方向的风荷载作用经常发生电杆倒杆或多杆串倒、造成大面积停电事故的缺陷，能够改善电杆的安全性能，避免电杆弯曲变形，防止农配网电杆大面积串倒事故发生，提高农配网线路的安全等级，确保迎峰渡冬过程农配网稳定可靠运行。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例中某电杆和导线的原始有限元模型示意图。

图3为本发明实施例中某电杆和导线增加抗冰抗风拉线后的有限元模型示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法的步骤包括：

1)从农配网中所有待加固的电杆中选择一个电杆作为当前电杆；

2)根据当前电杆的结构、安装的导线型号建立当前电杆和导线的三维模型，并在三维模型中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线、为导线增加指定的覆冰厚度；

3)分别设置多种备选的拉线预拉力，针对每一种拉线预拉力，将三维模型导入有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，有限元模型的力学指标包括电杆最大位移、电杆最大力矩、电杆最大拉应力和电杆最大应变；根据每一种拉线预拉力下有限元模型的力学指标确定当前电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力；

4)判断是否所有待加固的电杆已处理完毕，如果尚未处理完毕，则从所有待加固的电杆中选择下一个电杆作为当前电杆，跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤5)；

5)针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使得所安装防冰抗风拉线的预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力。

综上步骤1)～步骤5)，本实施例针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，能够提高电杆防冰抗风的承载能力，对现有电杆无结构损伤，且具有施工周期短、改造成本低、施工简单的优点。而且，本实施例通过分别设置多种备选的拉线预拉力，针对每一种拉线预拉力，通过有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，从而确定每一根电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力，然后针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使得所安装防冰抗风拉线的预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力，从而能够确保电杆安装防冰抗风拉线时受力最佳，能够解决现有配网线路的电杆在覆冰条件下由于档距差、高差、气候等原因导致的不平衡张力以及垂直线路方向的风荷载作用经常发生电杆倒杆或多杆串倒、造成大面积停电事故的缺陷，能够改善电杆的安全性能，避免电杆弯曲变形，防止农配网电杆大面积串倒事故发生，提高农配网线路的安全等级，确保迎峰渡冬过程农配网稳定可靠运行。需要说明的是，将三维模型导入有限元分析软件计算有限元模型的力学指标为有限元分析软件的常规功能，本实施例仅仅为有限元分析软件的常规应用，故其具体操作步骤在此不再赘述。

以某一电杆(类型为耐张杆)为例，有限元模型如图2所示，该电杆的单边档距为140m，导线型号为LGJ-70/10，安装工况下应力为65.69MPa，设计风速25m/s，覆冰工况下温度为-5℃，电杆和导线的三维模型并导入有限元分析软件生成仅覆冰的有限元模型，分别计算覆冰厚度为10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm等荷载下电杆和导线各项力学指标，如表1所示。

表1：耐张杆和导线覆冰荷载计算表。

由表1可知，覆冰厚度越大，则电杆和导线各项力学指标的数值越大。例如以导线最大拉应力为例，当覆冰厚度为10mm时，导线最大拉应力为110.8MPa，而当覆冰厚度为10mm时，导线最大拉应力为178.85MPa。

在前述仅覆冰的有限元模型增加防冰抗风拉线，此时有限元模型如图3所示，其中拉线型号为LG-70，与地面夹角45度，与横担距离为200mm，预拉力为10kN，预应力为138.5Mpa，计算上述各覆冰荷载下电杆和导线的各项力学指标，得到的结果如表2所示。

表2：增加拉线后耐张杆和导线覆冰荷载计算表。

本实施例中，由于拉线的预拉作用，在安装工况下电杆向拉线偏移0.1mm，电杆的最大力矩值发生转向，且较小约一半，同时电杆在拉线固定处力矩和应变都发生转向变化，由受压变为受拉。由表2可知，在覆冰10mm时，由于导线应力增加，电杆在拉线固定处力矩和应变都发生变化，全部变为受拉由上述计算可知，在打拉线后，电杆在20mm覆冰荷载下的力学指标优于未打拉线时10mm覆冰荷载下的力学指标。

本实施例中，分别设置多种备选的拉线预拉力5kN、8kN、10kN、15kN，将三维模型导入有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，以10mm覆冰为例，得到的有限元模型的力学指标如表3所示。

由表3可知，在拉线预拉力为15kN时，电杆的力矩和应变又出现正负分布，拉线预拉力过小或过大都不好，10kN(138MPa)时电杆受力最佳，即该电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力为10kN。

本实施例中，步骤2)中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线具体是指：

2.1)判断当前电杆的线路水平档距、线路垂直档距，如果线路水平档距大于100米或者线路垂直档距大于150米，则跳转执行步骤2.6)；否则跳转执行下一步；

2.2)判断当前电杆所处位置是否为迎风坡或者风口位置，如果是则跳转执行步骤2.6)；否则跳转执行下一步；

2.3)根据当前电杆的历年覆冰状况确定当前电杆是否处于重冰区，如果当前电杆处于重冰区且当前电杆为耐张转角电杆，则跳转执行步骤2.7)；否则跳转执行下一步；

2.4)判断当前电杆是否为长度超过500m或电杆超过8基的耐张段的中间电杆，如果是则跳转执行步骤2.8)，否则跳转执行下一步；

2.5)判断当前电杆是否为终端电杆，如果是则跳转执行步骤2.8)，否则跳转执行步骤2.9)；

2.6)为当前电杆增加四方防冰抗风拉线，四方防冰抗风拉线包括两根对线拉线和两根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；跳转执行步骤2.9)；

2.7)为当前电杆增加三方防冰抗风拉线，三方防冰抗风拉线包括两个对线拉线和一根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、防风拉线布置于当前电杆的转角外侧；跳转执行步骤2.9)；

2.8)为当前电杆增加对拉防冰抗风拉线，对拉防冰抗风拉线包括两根防风拉线，且两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；

2.9)为当前电杆增加防冰抗风拉线完毕，返回。

综上步骤2.1)～步骤2.9)，本实施例中针对线路水平档距、线路垂直档距、迎风坡或者风口位置、历年覆冰状况、电杆的类型及结构等方面考虑了来实现当前电杆的结构优化，能够解决现有配网线路的电杆在覆冰条件下由于档距差、高差、气候等原因导致的不平衡张力以及垂直线路方向的风荷载作用经常发生电杆倒杆或多杆串倒、造成大面积停电事故的缺陷，各个电杆的加固方式各不相同，在有效保障农配网电杆防冰抗风性能的基础上，能够极大地简化整个农配网下电杆加固，简化各个电杆的加固施工改造，能够进一步缩短施工周期和降低各个电杆的改造成本，能够广泛应用于各类复杂地形结构、电杆类型的农配网。

以类型为直线锥形杆的某电杆为例，该电杆的水平档距为140m、导线型号为LGJ-70/10，分别计算风速为5、10、15、20、25m/s等风速下覆冰10mm时电杆的力学指标，由于是直线杆，计算是主要水平荷载，不考虑垂直荷载，得到结果如表4所示。

表4：风速对10mm覆冰荷载下电杆受力计算表。

对比表1和表4可知，在风速在20m/s时电杆的各项力学指标低于承载力荷载下的指标，所以对直线杆增加防风拉线，可以将覆冰时的风速由10m/s提高到20m/s，因此可以毫无疑义地确定，对直线杆增加防风拉线能够显著增加对直线杆的防冰抗风性能。

本实施例中，对线拉线、防风拉线两者和电杆的夹角(对地夹角)均为45°～50°，该对地夹角能够使得对线拉线和防风拉线对电杆具有较大的拉力，从而能够更好地防冰抗风；本实施例中，对线拉线和防风拉线一端连接至电杆的横担下方100mm处，另一端固定于地面上，横担下方100mm处既可以确保和电杆上方的导线保持安全的距离，又可以确保对线拉线和防风拉线对电杆的拉力接触点尽快靠上，使得拉力的力臂更短，受力性能更好。

本实施例中，步骤5)中按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线时，对线拉线和防风拉线固定于地面上的一端采用拉线底盘埋入地面下，该方式能够确保对线拉线和防风拉线的地面固定端牢固可靠，抗拉性能更好。

本实施例中，拉线底盘采用硬塑土掩埋，使得拉线底盘更加牢固。其中硬塑土具体是塑料指数大于17的粘土。

本实施例中，步骤5)中还包括横担加固补强的步骤，横担加固补强的详细步骤包括：

5.1)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是直线电杆，如果是直线电杆则跳转执行步骤5.2)，如果不是直线电杆则判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是转角杆，如果是转角杆则跳转执行步骤5.3)，否则跳转执行步骤5.4)

5.2)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的导线垂直档距，如果导线垂直档距大于或等于120米，则在安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担下侧加装斜撑，斜撑的下端连接固定在电杆上、上端连接固定在电杆的横担上；跳转执行步骤5.4)

5.3)判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的转角，如果转角为10°以下，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担；如果转角为10°～45°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担或构架横担；如果转角为45°～90°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用十字双横担或构架横担；跳转执行步骤5.4)

5.4)横担加固补强完毕，退出。

综上步骤5.1)～步骤5.4)，本实施例还针对直线电杆、导线垂直档距、转角杆的转角三重因素来分别对电杆的横担进行加固优化，能够进一步提升电杆的防冰抗风性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于步骤包括：

1）从农配网中所有待加固的电杆中选择一个电杆作为当前电杆；

2）根据当前电杆的结构、安装的导线型号建立当前电杆和导线的三维模型，并在所述三维模型中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线、为导线增加指定的覆冰厚度；

3）分别设置多种备选的拉线预拉力，针对每一种拉线预拉力，将所述三维模型导入有限元分析软件计算有限元模型的力学指标，所述有限元模型的力学指标包括电杆最大位移、电杆最大力矩、电杆最大拉应力和电杆最大应变；根据每一种拉线预拉力下有限元模型的力学指标确定当前电杆增加抗冰抗风拉线的最佳拉线预拉力；

4）判断是否所有待加固的电杆已处理完毕，如果尚未处理完毕，则从所有待加固的电杆中选择下一个电杆作为当前电杆，跳转执行步骤2）；否则，跳转执行步骤5）；

5）针对农配网中每一个待加固的电杆，按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线，且使得所安装防冰抗风拉线的预拉力为该防冰抗风拉线所对应的最佳拉线预拉力；

所述步骤2）中为当前电杆按照指定的安装方式增加防冰抗风拉线具体是指：

2.1）判断当前电杆的线路水平档距、线路垂直档距，如果所述线路水平档距大于100米或者线路垂直档距大于150米，则跳转执行步骤2.6）；否则跳转执行下一步；

2.2）判断当前电杆所处位置是否为迎风坡或者风口位置，如果是则跳转执行步骤2.6）；否则跳转执行下一步；

2.3）根据当前电杆的历年覆冰状况确定当前电杆是否处于重冰区，如果当前电杆处于重冰区且当前电杆为耐张转角电杆，则跳转执行步骤2.7）；否则跳转执行下一步；

2.4）判断当前电杆是否为长度超过500m或电杆超过8基的耐张段的中间电杆，如果是则跳转执行步骤2.8），否则跳转执行下一步；

2.5）判断当前电杆是否为终端电杆，如果是则跳转执行步骤2.8），否则跳转执行步骤2.9）；

2.6）为当前电杆增加四方防冰抗风拉线，所述四方防冰抗风拉线包括两根对线拉线和两根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；跳转执行步骤2.9）；

2.7）为当前电杆增加三方防冰抗风拉线，所述三方防冰抗风拉线包括两个对线拉线和一根防风拉线，其中两根对线拉线相对当前电杆对称布置、防风拉线布置于当前电杆的转角外侧；跳转执行步骤2.9）；

2.8）为当前电杆增加对拉防冰抗风拉线，所述对拉防冰抗风拉线包括两根防风拉线，且两根防风拉线分别与当前电杆的导线线路方向垂直布置；

2.9）为当前电杆增加防冰抗风拉线完毕，返回。

2.根据权利要求1所述的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于，所述对线拉线、防风拉线两者和电杆的夹角均为45°～50°。

3.根据权利要求2所述的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于，所述对线拉线和防风拉线一端连接至电杆的横担下方100mm处，另一端固定于地面上。

4.根据权利要求3所述的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于，所述步骤5）中按照指定的安装方式安装防冰抗风拉线时，对线拉线和防风拉线固定于地面上的一端采用拉线底盘埋入地面下。

5.根据权利要求4所述的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于，所述拉线底盘采用硬塑土掩埋。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的用于农配网的电杆防冰抗风结构加固方法，其特征在于，所述步骤5）中还包括横担加固补强的步骤，横担加固补强的详细步骤包括：

5.1）判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是直线电杆，如果是直线电杆则跳转执行步骤5.2），如果不是直线电杆则判断安装防冰抗风拉线的当前电杆是否是转角杆，如果是转角杆则跳转执行步骤5.3），否则跳转执行步骤5.4）；

5.2）判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的导线垂直档距，如果导线垂直档距大于或等于120米，则在安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担下侧加装斜撑，所述斜撑的下端连接固定在电杆上、上端连接固定在电杆的横担上；跳转执行步骤5.4）；

5.3）判断安装防冰抗风拉线的当前电杆的转角，如果转角为10°以下，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担；如果转角为10°～45°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用双横担或构架横担；如果转角为45°～90°时，将安装防冰抗风拉线的当前电杆的横担采用十字双横担或构架横担；跳转执行步骤5.4）；

5.4）横担加固补强完毕，退出。