CN109271751B - 一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法 - Google Patents

一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法，本发明考虑整体的输电导线与悬垂绝缘子串体系，以重力和平均风荷载作用作为计算初始条件，给出了输电线路悬垂绝缘子串与导线挂点处平均风偏角和峰值脉动风偏角的计算方法，并推导得到了最大动态风偏角，为工程提供输电线路最大风偏简化计算方法。包括：S1、将悬垂绝缘子串在杆塔上的挂点视为固定铰支座，输电导线在自重状态下为悬链线构型，风荷载作用下表现为几何大变形，将来流风荷载分解为静力作用的平均风荷载和动力作用的脉动风荷载两部分，计算输电导线各处的风致响应及等效风荷载；S2、将悬垂绝缘子串视为刚体直棒，计算输电线路在悬垂绝缘子串处的最大动态风偏角。

Description

一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法
技术领域
本发明涉及风偏角计算技术领域，特别是涉及一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法。
背景技术
《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010，是我国目前线路设计主要指导性技术法规。其中对输电线路最大动态风偏角的计算没有考虑脉动效应，而是以平均风偏角代替。平均风偏角计算需要考虑导线大变形状态下的受力平衡和绝缘子串受力三角形原理，现有传统的刚体直棒法计算风偏角存在明显误差，尤其在线路有高差时，误差非常大，这是近年来在设计风速范围内仍然发生风偏闪络事故的原因之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法，本发明以重力和平均风荷载作用作为计算初始条件，给出了导线每一处平均风偏角(大变形、非线性状态)和峰值脉动风偏角(小变形、线性状态)的计算方法，进一步根据物理意义推导得到了导线挂点悬垂绝缘子串处最大动态风偏角。本方法为工程提供输电线路最大风偏简化计算方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角的确定方法，包括以下步骤：
S1、计算输电导线的风致响应及等效风荷载
将悬垂绝缘子串在杆塔上的挂点视为固定铰支座，输电导线在自重状态下为悬链线构型，风荷载作用下表现为几何大变形，将来流风荷载分解为静力作用的平均风荷载和动力作用的脉动风荷载两部分，输电导线沿展向分成多个单元，体系在来流风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure GDA0003762902900000021
式中，M为质量矩阵、C为阻尼矩阵、K为刚度矩阵；L为节点从属面积上作用单位风压荷载时节点等效力组成的转换矩阵；
Figure GDA0003762902900000022
和Pd分别为节点处的平均风压荷载和脉动风压荷载；
Figure GDA0003762902900000023
Yd分别为脉动风荷载作用下节点顺风向的加速度、速度和位移；
Figure GDA0003762902900000024
为平均风荷载作用下节点顺风向的位移，在准定常假定下，
Figure GDA0003762902900000025
和Pd的表示为：
Figure GDA0003762902900000026
Figure GDA0003762902900000027
式中，ρa为单位体积的空气密度；
Figure GDA0003762902900000028
为节点的平均风速；.*表示矩阵的对应元素相乘；v'为节点的脉动风速；Cd为阻力系数；
将来流风荷载引起的输电导线的风致响应对应分解为平均响应和脉动响应两部分，将输电导线处于重力和平均风荷载作用作为计算初始条件，假定：
1)输电导线在脉动风荷载作用下作小幅度、往返的振动，风致响应近似为线性；
2)脉动风荷载作用下的刚度矩阵与初始条件下的刚度矩阵保持一致，即
Figure GDA0003762902900000029
为初始条件下的刚度矩阵；
这样，输电导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure GDA00037629029000000210
采用线性叠加原理求解，将输电导线的平均响应视为静力响应，输电导线的平均位移用非线性静力平衡方程表示为：
Figure GDA0003762902900000031
在气动阻尼作用下，忽略共振响应，采用LRC方法计算输电导线在脉动风荷载作用下的等效静力风荷载，输电导线在节点处的背景响应Yb表示为：
KYb＝LPd (6)
背景响应Yb近似等于公式的总动态响应Yd，Yb的方差表示为：
Figure GDA0003762902900000032
式中，diag()表示提取矩阵的对角元素；YP为静力平衡方程KYP＝L的解；SPP为节点处的脉动风压互谱矩阵，
荷载响应相关系数表达式为：
Figure GDA0003762902900000033
Figure GDA0003762902900000034
式中，上横线表示对时间求平均；./表示矩阵的对应元素相除；σp为Pd的标准差；Ir为节点响应的影响线，
节点单位面积的等效静力风荷载分布为：
Figure GDA0003762902900000035
Figure GDA0003762902900000036
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；g为背景峰值因子，公式计算的是不同位置、不同响应下，输电导线的等效静力风荷载，将公式的等效静风荷载
Figure GDA0003762902900000037
作用在输电导线上得到最大位移响应
Figure GDA0003762902900000038
同理，将平均风荷载
Figure GDA0003762902900000039
作用在输电导线上，可以得到平均位移响应
Figure GDA00037629029000000310
将每个点的等效背景风荷载
Figure GDA00037629029000000311
作用在输电导线上求得输电导线的背景响应分量Yb；
S2、计算输电导线挂点的最大动态风偏角
将绝缘子串视为刚体直棒，绝缘子串在平均风荷载下，自由端从下极限位置B点沿顺风向摆动到上极限位置B′点时，风偏角为
Figure GDA0003762902900000041
对于大变形状态下
Figure GDA0003762902900000042
的求解，由静力平衡和三角形原理推导，
Figure GDA0003762902900000043
的表达式为：
Figure GDA0003762902900000044
式中，
Figure GDA0003762902900000045
分别为目标点处绝缘子串的平均风荷载和竖向重力荷载；
Figure GDA0003762902900000046
Figure GDA0003762902900000047
分别为目标点处绝缘子串末端传来的输电导线平均风荷载和竖向重力荷载，
Figure GDA0003762902900000048
和
Figure GDA0003762902900000049
的表达式如下：
Figure GDA00037629029000000410
Wv＝pvΓv (14)
式中，
Figure GDA00037629029000000411
为输电导线单位曲线长度的一致平均风荷载；pv为输电导线单位曲线长度的重力；Γh、Γv分别为输电导线在水平档距内和在垂直档距内的曲线长度，忽略从自重状态到平均风状态输电导线的线长变化量，采用自重状态计算Γh和Γv，输电导线自重状态下的悬链线方程为：
Figure GDA00037629029000000412
Figure GDA00037629029000000413
式中，σ0为输电导线的水平初应力；γ为输电导线的自重比载，通过对公式
Figure GDA00037629029000000414
积分，求解Γh和Γv；
绝缘子串在脉动风荷载作用下，自由端从平均风荷载下的上极限位置B′点沿顺风向摆动到脉动风荷载作用下的上极限位置B″时，引起的风偏角为
Figure GDA0003762902900000051
来流风荷载作用下的风偏角
Figure GDA0003762902900000052
达到等效动态风偏角
Figure GDA0003762902900000053
由三角形原理推导的等效动态风偏角
Figure GDA0003762902900000054
的表达式为：
Figure GDA0003762902900000055
Figure GDA0003762902900000056
式中，
Figure GDA0003762902900000057
为平均风荷载作用下绝缘子串自由端的顺风向位移，
Figure GDA0003762902900000058
lAB为绝缘子串长度，
Figure GDA0003762902900000059
为脉动风荷载作用下绝缘子串自由端的顺风向峰值位移，将根据公式(11)计算得到的等效背景风荷载作用在输电导线上得到
Figure GDA00037629029000000510
具体表达式为：
Figure GDA00037629029000000511
式中，
Figure GDA00037629029000000512
为荷载P与yB的相关系数；
Figure GDA00037629029000000513
为规定初始条件下yB的影响线。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明以输电导线大变形的平均风状态作为计算初始条件，基于随机振动理论，建立了输电导线的常系数动力微分方程，从而获得准静态响应下的风偏角等效静力风荷载。基于受力平衡、三角形原理和线性叠加原理，推导输电导线处悬垂绝缘子串的等效风偏角计算公式。
本发明通过合理假定，提出适合于大变形状态下绝缘子串最大动态风偏角的计算模型。推导的平均风偏角计算公式能够克服传统刚体直棒法计算风偏角带来的误差。与现行规范输电线路的设计风荷载对比，提出的最大风偏角计算模型考虑因素全面，力学意义清晰，能够考虑动力效应的影响。
附图说明
图1为风偏角计算模型示意图；
图2为计算线路示意图；
图3为等效静力风荷载及其分量分布示意图；
图4a、图4b为模拟风场特性与理论风场特性对比示意图。
具体实施方式
一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法，包括以下步骤：
S1、输电导线风致响应及等效风荷载计算
输电导线在自重状态下为悬链线构型，风荷载作用下表现为几何大变形。以往研究表明输电塔对输电导线风致响应的影响小，作为计算简化，忽略杆塔的影响，将绝缘子在杆塔的挂点视为固定铰支座，从而对挂线绝缘子串进行风偏角研究。风偏角计算模型如图1所示：
来流风荷载可以分解为静力作用的平均风荷载和动力作用的脉动风荷载两部分，输电导线在风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure GDA0003762902900000061
式中，M、C、K分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵；L为节点从属面积上作用单位风压荷载时节点等效力组成的转换矩阵；
Figure GDA0003762902900000062
和Pd分别为节点处的平均风压荷载和脉动风压荷载；、Yd、
Figure GDA0003762902900000063
分别为脉动风荷载作用下节点顺风向的位移、速度和加速度；
Figure GDA0003762902900000064
平均风荷载作用下节点顺风向的位移。在准定常假定下，
Figure GDA0003762902900000065
和Pd的表示为：
Figure GDA0003762902900000066
Figure GDA0003762902900000067
式中，ρa为单位体积的空气密度；
Figure GDA0003762902900000068
为节点的平均风速；.*表示矩阵的对应元素相乘；v'为节点的脉动风速；Cd为阻力系数。
输电导线为轻质柔性结构，强风荷载下表现为：1)结构发生大变形，几何非线性明显；2)结构受力与位移之间不呈线性关系；3)动力荷载作用下，结构为时变刚度。因此，公式为变系数微分方程，不能采用线性叠加原理求解公式的风致响应。来流风荷载引起输电导线的风致响应同样可以分解为平均响应和脉动响应两部分。输电导线的风致响应表现为在平均响应的平衡位置处作小幅度、往返的振动。将输电导线在图1的风偏状态作为计算的初始条件，提出以下假定：1)输电导线在脉动风荷载作用下满足小位移，响应近似为线性；2)脉动风荷载作用下的刚度矩阵与初始条件下的刚度矩阵保持一致，即
Figure GDA0003762902900000071
为初始条件下的刚度矩阵。这样，输电导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure GDA0003762902900000072
公式的刚度矩阵与函数无关，为常系数微分方程，可以采用线性叠加原理求解。将输电导线的平均响应视为静力响应，输电导线的平均位移用非线性静力平衡方程表示为：
Figure GDA0003762902900000073
在气动阻尼作用下，共振响应可以忽略，从而脉动响应以准静态的背景响应为主，美国ASCE规范同样不考虑输电导线的共振响应。因此，可以采用荷载响应相关法LRC方法计算背景响应Yb，该响应近似等于公式的总动态响应Yd。输电导线在节点处的背景响应Yb可表示为：
KYb＝LPd (6)
Yb的方差可以表示为：
Figure GDA0003762902900000074
式中，diag()表示提取矩阵的对角元素；YP为静力平衡方程KYP＝L的解；SPP为节点处的脉动风压互谱矩阵。
荷载响应相关系数表达式为：
Figure GDA0003762902900000081
Figure GDA0003762902900000082
式中，上横线表示对时间求平均；./表示矩阵的对应元素相除；σp为Pd的标准差；Ir为节点响应的影响线。
节点单位面积的等效静力风荷载分布为：
Figure GDA0003762902900000083
Figure GDA0003762902900000084
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；g为背景峰值因子。公式计算的是不同位置、不同响应下，输电导线的等效静力风荷载。直接将(10)式的等效静风荷载
Figure GDA0003762902900000085
作用在输电导线上可以得到最大位移响应
Figure GDA0003762902900000086
类似地将平均风荷载
Figure GDA0003762902900000087
作用在输电导线上，可以得到平均位移响应
Figure GDA0003762902900000088
将每个点的等效背景风荷载
Figure GDA0003762902900000089
作用在输电导线上可以求得输电导线的背景响应分量Yb。
S2、最大动态风偏角
将绝缘子串视为刚体直棒，图1中A、B两点间的绝缘子串在平均风荷载下，B点沿顺风向移动到B′点，此时风偏角为
Figure GDA00037629029000000810
图1中，选取B点作为计算目标点，当目标点的顺风向位移yB达到最大时，绝缘子串风偏角
Figure GDA00037629029000000811
达到最大值
Figure GDA00037629029000000812
对于大变形状态下
Figure GDA00037629029000000813
的求解，不能采用线性叠加原理，可以由静力平衡和三角形原理推导，
Figure GDA00037629029000000814
的表达式为：
Figure GDA00037629029000000815
式中，
Figure GDA0003762902900000091
分别为目标点处绝缘子串的平均风荷载和竖向重力荷载；
Figure GDA0003762902900000092
Figure GDA0003762902900000093
分别为目标点处绝缘子串末端传来的输电导线平均风荷载和竖向重力荷载。
Figure GDA0003762902900000094
和
Figure GDA0003762902900000095
的表达式如下：
Figure GDA0003762902900000096
Wv＝pvΓv (14)
式中，
Figure GDA0003762902900000097
为输电导线单位曲线长度的一致平均风荷载；pv为输电导线单位曲线长度的重力；Γh、Γv分别为输电导线在水平档距内和在垂直档距内的曲线长度。从自重状态到平均风状态，输电导线的线长变化量相对于线长而言是小量，可以采用自重状态计算Γh和Γv。图1坐标系下，输电导线自重状态下的悬链线方程为：
Figure GDA0003762902900000098
Figure GDA0003762902900000099
式中，σ0为输电导线的水平初应力；γ为输电导线的自重比载。通过对公式积分，可以求解Γh和Γv。公式-的计算方法与现阶段计算风偏角的刚体直棒法对比，本方法为理论解，能够克服刚体直棒法在线路有高差等其它情况下计算风偏角带来的误差。
图1动力状态下，B′点移动到B″点，引起的风偏角为
Figure GDA00037629029000000910
当
Figure GDA00037629029000000911
沿顺风向达到极值
Figure GDA00037629029000000912
时，来流风荷载作用下的风偏角
Figure GDA00037629029000000913
达到极值
Figure GDA00037629029000000914
由三角形原理推导的
Figure GDA00037629029000000915
的表达式为：
Figure GDA00037629029000000916
Figure GDA0003762902900000101
式中，
Figure GDA0003762902900000102
为平均风荷载作用下B点的顺风向位移，
Figure GDA0003762902900000103
lAB为A、B两点间的绝缘子串长度。
Figure GDA0003762902900000104
为脉动风荷载作用下B点的顺风向峰值位移，可以根据S1中等效背景静风荷载公式(11)作用在输电导线上而得，具体表达式为：
Figure GDA0003762902900000105
式中，
Figure GDA0003762902900000106
为荷载P与yB的相关系数；
Figure GDA0003762902900000107
为规定初始条件下yB的影响线。通过公式-确定最大动态风偏角的计算模型。
算例附图及其简要说明
计算参数
本发明对某500kV的耐张段输电线路进行计算。该输电线路按耐-直-直-直-耐方案布置，耐张段全长2200m，段内无转角，计算线路的示意图如图2所示，图中H表示呼称高，也是绝缘子串的挂点高度；l表示档距；s表示档距中央垂弧。选取挂点2处绝缘子串与输电导线的连接点为目标点。输电导线型号为4×JLHA1/G1A-575/40-45/7，其物理参数如表1。输电导线阻力系数按GB 50545规定取1.1。耐张塔与直线塔上的绝缘子串的物理参数如表2。设计基本风速为30m/s，采用B类地貌。峰值因子参照GB 50009进行取值，即g＝2.5(对应的保证率：99.38％)。
表1 JLHA1/G1A-575/40-45/钢芯铝绞线物理参数
Tab.1 Physical parameters of JLHA1/G1A-575/40-45/7 ACSR
Figure GDA0003762902900000108
表2绝缘子串物理参数
Tab.2 Physical parameters of insulator string
Figure GDA0003762902900000109
不同方法的风偏角计算对比
本发明主要研究输电导线在风荷载作用下的整体运动，将4根子输电导线受力等效为单根输电导线，忽略次档距振动，进一步达到简化计算目的。由于沿整个档距内电线各点的风速不可能都相同，为考虑整档电线所受风荷载与设计选用整档同一的风速相吻合，采用一个风压不均匀系数，风压不均匀系数考虑的是平均风在档距方向分布的不均匀性。鉴于该系数为一与风速和档距有关的经验系数，本文计算时不考虑该系数，作单一因素变化的对比分析，本文结论仍然适用于工程设计。通过公式-确定该线路单位面积的等效静力风荷载及其分量分布如图3。图3中，等效静力风荷载的分量以平均分量为主，平均分量分布与无风状态下的线形相似。背景分量在目标点位置达到峰值，在两端部趋近于0。由于结构布置的对称性以及目标点位于对称轴上，等效静力风荷载及其分量的分布具有对称性。采用图3确定的风荷载计算风偏角及其荷载调整系数。其中，公式计算的
Figure GDA0003762902900000111
公式计算的Wv＝42.082kN；公式计算的
Figure GDA0003762902900000112
公式计算的
Figure GDA0003762902900000113
公式计算的
Figure GDA0003762902900000114
公式计算的qb＝7.653N/m；公式计算的
Figure GDA0003762902900000115
公式计算的βc＝1.281。
对研究输电导线进行时域分析，对比目标点风偏角的时域值与本文提出的模型计算值，从而验证计算模型的合理性。采用谐波合成法[20,21]模拟B类地貌风场，风速谱为GB50009使用的Davenport风速谱，时间间隔Δt＝0.125s，模拟时长1024s。模拟风场的平均风剖面、湍流度剖面和目标点的风速功率谱，并与理论值对比，如图4a(平均风剖面与湍流度剖面)、图4b(风速功率谱)所示。对比结果表明模拟值与理论值的吻合度好。
建立ANSYS有限元模型并导入模拟风场数据，进行绝缘子串风偏角的时域分析。输电导线采用Link10单元模拟，绝缘子串采用Link8单元模拟。输电导线每个单元长度10m，结构阻尼比取0.4％，并考虑气动阻力，初始运行张力为55.393kN。时域计算下，目标点风偏角的平均值为51.855°，最大值为58.375°。与计算模型结果对比
Figure GDA0003762902900000121
计算的平均风偏角和最大风偏角的相对误差分别为0.14％和0.27％，计算模型结果与时域结果的吻合度好。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算输电线路的风致响应及等效风荷载
将悬垂绝缘子串在杆塔上的挂点视为固定铰支座，输电导线在自重状态下为悬链线构型，风荷载作用下表现为几何大变形，将来流风荷载分解为静力作用的平均风荷载和动力作用的脉动风荷载两部分，将输电导线分成有限个单元，其在来流风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure FDA0003762902890000011
式中，M为质量矩阵、C为阻尼矩阵、K为刚度矩阵；L为节点从属面积上作用单位风压荷载时节点等效力组成的转换矩阵；
Figure FDA0003762902890000012
和Pd分别为节点处的平均风压荷载和脉动风压荷载；
Figure FDA0003762902890000013
Yd分别为脉动风荷载作用下节点顺风向的加速度、速度和位移；
Figure FDA0003762902890000014
为平均风荷载作用下节点顺风向的位移，在准定常假定下，
Figure FDA0003762902890000015
和Pd的表示为：
Figure FDA0003762902890000016
Figure FDA0003762902890000017
式中，ρa为单位体积的空气密度；
Figure FDA0003762902890000018
为节点的平均风速；.*表示矩阵的对应元素相乘；v'为节点的脉动风速；Cd为阻力系数；
将来流风荷载引起的输电导线的风致响应对应分解为平均响应和脉动响应两部分，将输电导线处于重力和平均风荷载作用作为计算初始条件，假定：
1)输电导线在脉动风荷载作用下作小幅度、往返的振动，风致响应近似为线性；
2)脉动风荷载作用下的刚度矩阵与初始条件下的刚度矩阵保持一致，即
Figure FDA0003762902890000021
为初始条件下的刚度矩阵；
这样，输电导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure FDA0003762902890000022
采用线性叠加原理求解，将输电导线的平均响应视为静力响应，输电导线的平均位移用非线性静力平衡方程表示为：
Figure FDA0003762902890000023
在气动阻尼作用下，忽略共振响应，采用LRC方法计算输电导线在脉动风荷载作用下的等效静力风荷载，输电导线在节点处的背景响应Yb表示为：
KYb＝LPd (6)
背景响应Yb近似等于公式的总动态响应Yd，Yb的方差表示为：
Figure FDA0003762902890000024
式中，diag( )表示提取矩阵的对角元素；YP为静力平衡方程KYP＝L的解；SPP为节点处的脉动风压互谱矩阵，
荷载响应相关系数表达式为：
Figure FDA0003762902890000025
Figure FDA0003762902890000026
式中，上横线表示对时间求平均；./表示矩阵的对应元素相除；σp为Pd的标准差；Ir为节点响应的影响线，
节点单位面积的等效静力风荷载分布为：
Figure FDA0003762902890000027
Figure FDA0003762902890000028
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；g为背景峰值因子，公式计算的是输电导线不同位置的等效静力风荷载，将公式的等效静风荷载
Figure FDA0003762902890000031
作用在输电导线上得到最大位移响应
Figure FDA0003762902890000032
同理，将平均风荷载
Figure FDA0003762902890000033
作用在输电导线上，可以得到平均位移响应
Figure FDA0003762902890000034
将每个点的等效背景风荷载
Figure FDA0003762902890000035
作用在输电导线上求得输电导线的背景响应分量Yb；
S2、计算输电导线挂点的最大动态风偏角
将绝缘子串视为刚体直棒，绝缘子串在平均风荷载下，自由端从下极限位置B点沿顺风向摆动到上极限位置B′点时，风偏角为
Figure FDA0003762902890000036
对于大变形状态下
Figure FDA0003762902890000037
的求解，由静力平衡和三角形原理推导，
Figure FDA0003762902890000038
的表达式为：
Figure FDA0003762902890000039
式中，
Figure FDA00037629028900000310
分别为目标点处绝缘子串的平均风荷载和竖向重力荷载；
Figure FDA00037629028900000311
Figure FDA00037629028900000312
分别为目标点处绝缘子串末端传来的输电导线平均风荷载和竖向重力荷载，
Figure FDA00037629028900000313
和
Figure FDA00037629028900000314
的表达式如下：
Figure FDA00037629028900000315
Wv＝pvΓv (14)
式中，
Figure FDA00037629028900000316
为输电导线单位曲线长度的一致平均风荷载；pv为输电导线单位曲线长度的重力；Γh、Γv分别为输电导线在水平档距内和在垂直档距内的曲线长度，忽略从自重状态到平均风状态输电导线的线长变化量，采用自重状态计算Γh和Γv，输电导线自重状态下的悬链线方程为：
Figure FDA00037629028900000317
Figure FDA00037629028900000318
式中，σ0为输电导线的水平初应力；γ为输电导线的自重比载，通过对公式
Figure FDA0003762902890000041
积分，求解Γh和Γv；
绝缘子串在脉动风荷载作用下，自由端从平均风荷载下的上极限位置B′点沿顺风向摆动到脉动风荷载作用下的上极限位置B″时，引起的风偏角为
Figure FDA0003762902890000042
来流风荷载作用下的风偏角
Figure FDA0003762902890000043
达到等效动态风偏角
Figure FDA0003762902890000044
由三角形原理推导的等效动态风偏角
Figure FDA0003762902890000045
的表达式为：
Figure FDA0003762902890000046
Figure FDA0003762902890000047
式中，
Figure FDA0003762902890000048
为平均风荷载作用下绝缘子串自由端的顺风向位移，
Figure FDA0003762902890000049
lAB为绝缘子串长度，
Figure FDA00037629028900000410
为脉动风荷载作用下绝缘子串自由端的顺风向峰值位移，将根据公式(11)计算得到的等效背景风荷载作用在输电导线上得到
Figure FDA00037629028900000411
具体表达式为：
Figure FDA00037629028900000412
式中，
Figure FDA00037629028900000413
为荷载P与yB的相关系数；
Figure FDA00037629028900000414
为规定初始条件下yB的影响线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110378050B (zh) * 2019-07-25 2022-03-22 重庆科技学院 一种输电塔顺风向气动阻尼比计算方法
CN111159925B (zh) * 2019-11-22 2022-08-23 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 瓷绝缘子机械性能评估的有限元分析方法和系统
CN111651805B (zh) * 2020-03-31 2022-12-27 重庆科技学院 考虑线形与线长影响因子的悬垂绝缘子串最大风偏角及风振系数计算方法
CN113109587B (zh) * 2021-03-15 2023-02-28 南方电网科学研究院有限责任公司 一种输电线路风速测量方法、系统、装置和存储介质
CN115081166A (zh) * 2021-03-15 2022-09-20 电力规划总院有限公司 导线参数获取方法、装置、电子设备及可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362570A (zh) * 2014-11-10 2015-02-18 华北电力大学（保定） 一种脉动风作用下输电线风偏时的横担挂点荷载计算方法
CN106500648A (zh) * 2016-12-08 2017-03-15 北京国网富达科技发展有限责任公司 基于动态风的输电线路风偏监测方法及装置
WO2018028228A1 (zh) * 2016-08-09 2018-02-15 大连理工大学 一种用于增加板翼动力锚沉贯深度的推进器及其方法
CN107977492A (zh) * 2017-11-14 2018-05-01 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法
CN108321749A (zh) * 2018-01-23 2018-07-24 中国电力科学研究院有限公司 一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362570A (zh) * 2014-11-10 2015-02-18 华北电力大学（保定） 一种脉动风作用下输电线风偏时的横担挂点荷载计算方法
WO2018028228A1 (zh) * 2016-08-09 2018-02-15 大连理工大学 一种用于增加板翼动力锚沉贯深度的推进器及其方法
CN106500648A (zh) * 2016-12-08 2017-03-15 北京国网富达科技发展有限责任公司 基于动态风的输电线路风偏监测方法及装置
CN107977492A (zh) * 2017-11-14 2018-05-01 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法
CN108321749A (zh) * 2018-01-23 2018-07-24 中国电力科学研究院有限公司 一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wind tunnel tests on drag coefficients of multiple-insulator strings;you yi等;《Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition》;20180930;第46卷(第9期);第66-71页 *
微地形下输电线路跳线的风偏分析;徐海巍等;《浙江大学学报(工学版)》;20170215(第02期);第264-272页 *
特高压绝缘子串的风偏计算方法;李黎等;《高电压技术》;20131231(第12期);第2924-2932页 *
输电线路动态风偏响应特性及频域计算方法;楼文娟等;《高电压技术》;20170531(第05期);第1493-1499页 *
输电线路等效静力风荷载与调整系数计算方法;楼文娟等;《浙江大学学报(工学版)》;20161115(第11期);第2120-2127页 *

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