CN108121893A - 一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，涉及配电杆塔抗风预警领域，包括以下步骤：（1）采集配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息；（2）完成配电线路架设后，计算整基杆塔承受的设计风荷载；（3）根据所述步骤（1）采集的杆塔的基础信息，计算整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；（4）通过设置杆塔风荷载预警系数，评估杆塔的实时抗风能力，根据杆塔风荷载预警系数值判断监测杆塔风荷载下的运行状况，发出杆塔预警结果。本发明为确保配电杆塔可靠运行提供科学的分析手段与决策支持。

Description

一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法
技术领域
本发明涉及配电杆塔抗风预警领域，尤其涉及一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法。
背景技术
由于地理位置和气候条件影响，对于已建运行配电杆塔的风力作用规律及特点有别于其他地形的配电杆塔，其配电杆塔所在地形条件以及邻近导地线受力加载到配电塔身的风荷载比例趋向稳定，即周边环境对配电杆塔的作用变化不大。在设计杆塔时，按照选定的气象条件和规划的档距计算杆塔风荷载，当杆塔建成投运后，导地线风力和塔身风对于杆塔整体应力的占比为一个定值。这个定值既可以通过杆塔验算来计算，也可以通过导线型号和铁塔构件的挡风面积大致估算。工程中的杆塔排位完成之后，就可以得到某杆塔的实际档距，进一步算出杆塔可以承担的最大风速。因此，利用监测装置实测杆塔风速、风向等信息，结合设计风荷载情况，判断配电杆塔在强风或台风作用下的是否失稳，给出杆塔在台风场下的评估结果，并发出相应的预警。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，包括以下步骤：
(1)采集配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息；
(2)完成配电线路架设后，获取配电杆塔塔身设计的抗风速度以及杆塔前后的实际档距，计算整基杆塔承受的设计风荷载；
(3)根据所述步骤(1)采集的杆塔的基础信息，计算整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；
(4)将所述步骤(2)计算的整基杆塔承受的设计风荷载和步骤(3)计算的整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载进行比对，通过设置杆塔风荷载预警系数，评估杆塔的实时抗风能力，根据杆塔风荷载预警系数值判断监测杆塔风荷载下的运行状况，发出杆塔预警结果。
进一步的，所述步骤(1)通过微气象监测装置对配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息进行采集。
进一步的，所述步骤(1)中的基础信息包括杆塔地理信息、气象信息及杆塔抗风设计信息；所述杆塔地理信息为杆塔的位置、海拔高度；所述气象信息包括风速、风向信息；所述杆塔抗风设计信息包括杆塔抗风设计风速值、所述杆塔前后实际档距长度、所述杆塔线路的走向、杆塔塔身挡风计算系数和导线风计算系数。
进一步的，所述杆塔抗风设计信息采集的方法为：当台风风速超出杆塔抗风设计的风速值时，监测并采集杆塔所在地实测风速V0、杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角θ；采集间隔时长为t0，t＝nt0，其中n＝1,2,…,m，t为采集所需的时间，n为采集的次数；mt0≤t1，t1为第一次采集的时间点，m为第m次采集的时间点。
进一步的，所述步骤(2)的整基杆塔承受的设计风荷载为杆塔塔身承受的风力与杆塔两侧导地线风荷载传导到杆塔的拉力之和，为整基杆塔设计的抗风能力，其计算过程如下：
F杆塔＝F塔身+F导地线
F塔身＝v2A
式中F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值；F导地线为导地线所受风力设计值；V为抗风设计风速；A为杆塔塔身挡风计算系数；Ln为邻近杆塔前侧设计档距；Ln+1为邻近杆塔后侧设计档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数。
进一步的，所述杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角θ用于确定杆塔在横向方向的台风作用力。
进一步的，所述步骤(3)中整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载计算过程如下：
式中F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F’塔身为塔身实际所受风力；F’导地线为导地线实际所受风力；V0为杆塔所在地实测风速；A为杆塔塔身挡风计算系数；L’n为实际第n个档距；L'n+1为实际第n+1档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数。
进一步的，所述步骤(4)中的杆塔风荷载预警系数为整基杆塔在台风实时作用下的风荷载与整基杆塔抗风设计风荷载的比值，其计算过程如下：
式中β为杆塔风荷载预警系数；F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值；F导地线为导地线所受风力设计值；F’塔身为塔身实际所受风力；F’导地线为导地线实际所受风力。
进一步的，所述步骤(4)中的杆塔预警结果如下：
当β≥1时，监测杆塔风荷载超出设计水平，发出红色预警；
当0.9≤β＜1时，监测杆塔风荷载临近设计水平，发出黄色预警；
当0.8≤β＜0.9时，监测杆塔风荷载接近设计水平，发出蓝色预警；
当0＜β＜0.8时，监测杆塔风荷载接近设计水平，发出蓝色预警。
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，根据杆塔抗风设计信息，结合现场采集杆塔所在地的风速、风向等信息，与杆塔抗风设计值进行比对，判断在实时台风下杆塔抗风性能情况以及给出相应的抗风预警结果，为确保配电杆塔可靠运行提供科学的分析手段与决策支持。
具体实施方式
下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明所提供的一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，包括以下步骤：
(1)通过微气象监测装置采集配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息；配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息包括杆塔地理信息、气象信息及杆塔风速设计信息；地理信息为杆塔的位置、海拔高度；气象信息包括风速、风向信息；杆塔抗风设计信息包括杆塔抗风设计风速值、杆塔前后实际档距长度、杆塔线路的走向、杆塔塔身挡风计算系数和导线风计算系数。
(2)完成配电线路架设后，获取配电杆塔塔身设计的抗风速度以及杆塔前后的实际档距，计算整基杆塔承受的设计风荷载，整基杆塔承受的设计风荷载为杆塔塔身承受的风力与杆塔两侧导地线风荷载传导到杆塔的拉力之和，为整基杆塔设计的抗风能力，其计算过程如下：
F杆塔＝F塔身+F导地线
F塔身＝v2A
式中F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值；F导地线为导地线所受风力设计值；V为抗风设计风速；A为杆塔塔身挡风计算系数，当杆塔全高超过60m，A取值为1.6，当杆塔全高低于60m，A取值为1；Ln为邻近杆塔前侧设计档距；Ln+1为邻近杆塔后侧设计档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数，导地线线径大于17mm，α取值为1.2，其他情况取值为1.1。
整基杆塔承受的设计风荷载：
杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角θ用于确定杆塔在横向方向的台风作用力。
假定杆塔全高为18m，V＝30m/s，Ln＝100m，Ln+1＝80m，θ＝90°，A＝1，α＝1.2；则计算出F杆塔＝9.1kN。
(3)根据步骤(1)采集的杆塔的基础信息，计算整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载如下：
式中F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F’塔身为塔身实际所受风力；F’导地线为导地线实际所受风力；V0为杆塔所在地实测风速；A为杆塔塔身挡风计算系数；L’n为实际第n个档距；L'n+1为实际第n+1档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数。
假定V0＝32m/s，L'n＝90m；L'n+1＝70m，θ＝90°，A＝1，α＝1.2；则计算出F’杆塔＝7.7kN。
(4)将所述步骤(2)计算的整基杆塔承受的设计风荷载和步骤(3)计算的整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载进行比对，通过设置杆塔风荷载预警系数，评估杆塔的实时抗风能力，根据杆塔风荷载预警系数值判断监测杆塔风荷载下的运行状况，发出杆塔预警结果。
杆塔风荷载预警系数为整基杆塔在台风实时作用下的风荷载与整基杆塔抗风设计风荷载的比值，其计算过程如下：
杆塔风荷载预警系数：
式中β为杆塔风荷载预警系数；F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值。
根据上述整基杆塔承受的设计风荷载F杆塔＝9.1kN和整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载F’杆塔＝7.7kN，得出杆塔风荷载预警系数β＝0.85，根据杆塔抗风预警级别定义，β在0.8≤β＜0.9范围，监测杆塔风荷载接近设计水平，发出蓝色预警。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采集配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息；
(2)完成配电线路架设后，获取配电杆塔塔身设计的抗风速度以及杆塔前后的实际档距，计算整基杆塔承受的设计风荷载；
(3)根据所述步骤(1)采集的杆塔的基础信息，计算整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；
(4)将所述步骤(2)计算的整基杆塔承受的设计风荷载和步骤(3)计算的整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载进行比对，通过设置杆塔风荷载预警系数，评估杆塔的实时抗风能力，根据杆塔风荷载预警系数值判断监测杆塔风荷载下的运行状况，发出杆塔预警结果。
2.根据权利要求1所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(1)通过微气象监测装置对配电线路杆塔抗风设计与台风相关的基础信息进行采集。
3.根据权利要求1或2所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中的基础信息包括杆塔地理信息、气象信息及杆塔抗风设计信息；所述杆塔地理信息为杆塔的位置、海拔高度；所述气象信息包括风速、风向信息；所述杆塔抗风设计信息包括杆塔抗风设计风速值、所述杆塔前后实际档距长度、所述杆塔线路的走向、杆塔塔身挡风计算系数和导线风计算系数。
4.根据权利要求3所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述杆塔抗风设计信息采集的方法为：当台风风速超出杆塔抗风设计的风速值时，监测并采集杆塔所在地实测风速V0、杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角θ；采集间隔时长为t0，t＝nt0，其中n＝1,2,…,m，t为采集所需的时间，n为采集的次数；mt0≤t1，t1为第一次采集的时间点，m为第m次采集的时间点。
5.根据权利要求1所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(2)的整基杆塔承受的设计风荷载为杆塔塔身承受的风力与杆塔两侧导地线风荷载传导到杆塔的拉力之和，为整基杆塔设计的抗风能力，其计算过程如下：
F杆塔＝F塔身+F导地线
F塔身＝v2A
式中F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值；F导地线为导地线所受风力设计值；V为抗风设计风速；A为杆塔塔身挡风计算系数；Ln为邻近杆塔前侧设计档距；Ln+1为邻近杆塔后侧设计档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数。
6.根据权利要求5所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角θ用于确定杆塔在横向方向的台风作用力。
7.根据权利要求1所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载计算过程如下：
式中F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F’塔身为塔身实际所受风力；F’导地线为导地线实际所受风力；V0为杆塔所在地实测风速；A为杆塔塔身挡风计算系数；L’n为实际第n个档距；L'n+1为实际第n+1档距；θ为杆塔所在配电线路走向与杆塔所在地来风方向的夹角；α为导地线风计算系数。
8.根据权利要求1所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(4)中的杆塔风荷载预警系数为整基杆塔在台风实时作用下的风荷载与整基杆塔抗风设计风荷载的比值，其计算过程如下：
式中β为杆塔风荷载预警系数；F杆塔为整基杆塔承受的设计风荷载；F’杆塔为整基杆塔在台风场下实际承受的风荷载；F塔身为塔身所受风力设计值；F导地线为导地线所受风力设计值；F’塔身为塔身实际所受风力；F’导地线为导地线实际所受风力。
9.根据权利要求8所述的基于塔线耦合的配电杆塔抗风性能评估方法，其特征在于：所述步骤(4)中的杆塔预警结果如下：
当β≥1时，监测杆塔风荷载超出设计水平，发出红色预警；
当0.9≤β＜1时，监测杆塔风荷载临近设计水平，发出黄色预警；
当0.8≤β＜0.9时，监测杆塔风荷载接近设计水平，发出蓝色预警；
当0＜β＜0.8时，监测杆塔风荷载接近设计水平，发出蓝色预警。
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