CN110994440A - 一种输电导线找形方法、装置以及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电导线找形方法、系统以及设备，包括以下步骤：获取导线的输电线路信息以及确定导线类型；基于输电线路信息以及导线类型，根据间隔棒处力平衡条件建立找形的超越方程组和约束方程组；求解超越方程组和约束方程组得到间隔棒高差，基于间隔棒高差对导线进行分段，采用悬链线法计算导线分段内的导线弧垂和应力分布；根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布确定导线的形状。本发明解决现有的有限元法中，无预应力初始状态信息难以获取导致找形结果不准确的问题。本发明可以用于有耐张绝缘子串、间隔棒、集中载荷等复杂情况下的输电导线找形，适用范围广。

Description

一种输电导线找形方法、装置以及设备

技术领域

本发明涉及输电线路结构找形技术领域，尤其涉及一种输电导线找形方法、装置以及设备。

背景技术

输电导线找形是输电塔线动力学分析的基础，基于有限元软件或方法是目前最常用的找形方法。然而，采用有限元方法找形时，需要以无预应力状态的构形作为初始构形，通过非线性迭代计算，直到满足给定收敛条件。在输电线路建设中，输电导线通常以一个耐张段为单位进行架设施工，按照这种架设方式，我们一般难以获取准确地导线无应力初始状态信息，如耐张段各档导线的自然长度、间隔棒在架设前的间距等。而在实际中，较为容易获取的数据是竣工时的间隔棒间距、耐张段导线的总长度以及架设时的水平张力等。此外，导线两端通过耐张绝缘子串与耐张塔相连，并且其线质量远大于导线的线质量，因此在找形时其长度和质量必须予以考虑。在线路架设时，一般要求直线杆塔上不出现不平衡的水平张力，即要求施工后直线杆塔上的悬垂绝缘子串保持竖直向下。

综上所述，现有技术对输电导线进行找形时，传统的有限元法中难以获取无预应力初始状态信息导致找形结果不准确的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种输电导线找形方法、装置以及设备，解决了现有技术对输电导线进行找形时，传统的有限元法中难以获取无预应力初始状态信息导致计算结果不准确的技术问题。

本发明提供的一种输电导线找形方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取导线的输电线路信息以及确定导线类型；

步骤S2：基于输电线路信息以及导线类型，根据间隔棒处力平衡条件建立找形的超越方程组和约束方程组；

步骤S3：求解超越方程组和约束方程组得到间隔棒高差，基于间隔棒高差对导线进行分段，采用悬链线法计算导线分段内的导线弧垂和应力分布；

步骤S4：根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布确定导线的形状。

优选的，导线的输电线路信息包括档距和高差、耐张绝缘子串长度、间隔棒安装间距和重量、耐张绝缘子串和导线的横截面和比载以及悬挂点高度。

优选的，间隔棒为真实间隔棒或者集中质量，或者是虚拟间隔棒。

优选的，耐张绝缘子串被处理为与真实导线比载不同的一段导线。

优选的，导线类型包括左耐张档、跨越档和右耐张档三种类型。

优选的，左耐张档为左端与耐张绝缘子串相连、右端与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，跨越档为两端均与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，右耐张档为左端与悬垂绝缘子串相连、右端与耐张绝缘子串相连的一跨导线。

优选的，在步骤S3中，基于间隔棒高差对导线进行分段以后，以分段左侧点作为参考原点，采用悬链线法的公式计算导线分段内导线弧垂和应力分布。

优选的，在步骤S4中，根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布，计算各段导线左侧点的坐标，采用叠加悬链线法计算的导线坐标，得到各段导线在整体坐标系中的坐标。

一种输电导线找形装置，包括输电线路信息获取模块、导线类型确定模块以及数据处理模块；所述数据处理模块分别与输电线路信息获取模块以及导线类型确定模块相连接。

一种输电导线找形设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种输电导线找形方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及设备，通过在各分段内应用悬链线法、在分段间建立力平衡条件，并补充几何约束条件，得到由超越方程组和(或)代数方程组成的方程组，求解得到高差参数，然后再次应用悬链线法给出输电导线找形后的构形。本发明实施例解决了现有技术对输电导线进行找形时，传统的有限元法中难以获取无预应力初始状态信息导致找形结果不准确的技术问题，在实际应用中具有指导意义。

本发明提供的另一个实施例具有以下优点：

本发明实施例不需要导线的已知无预应力状态，也不用组装刚度矩阵并进行非线性迭代求解，具有计算简单、速度快等优点，能够为输电线路动力学分析提供高精度的导线模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的方法流程图。

图2为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的装置框架图。

图3为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的设备框架图。

图4为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的典型输电线路耐张段示意图。

图5为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的档内有n个间隔棒的导线示意图。

图6为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的悬链线的几何和内力描述示意图。

图7为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的有间隔棒输电导线找形结果。

图8为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的有限元法找形结果相对于本发明实施例找形结果的位移。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种输电导线找形方法、装置以及设备，解决了现有技术对输电导线进行找形时，传统的有限元法中，难以获取无预应力初始状态信息导致找形结果不准确的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的方法流程图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种输电导线找形方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取导线的输电线路信息以及确定导线类型；

步骤S2：基于输电线路信息以及导线类型，根据间隔棒处力平衡条件建立找形的超越方程组和约束方程组；

步骤S3：求解超越方程组和约束方程组得到间隔棒高差，基于间隔棒高差对导线进行分段，采用悬链线法计算导线分段内的导线弧垂和应力分布；

步骤S4：根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布确定导线的形状。

作为一个优选的实施例，导线的输电线路信息包括档距和高差、耐张绝缘子串长度、间隔棒安装间距和重量、耐张绝缘子串和导线的横截面和比载以及悬挂点高度。

作为一个优选的实施例，间隔棒为真实间隔棒或者集中质量，或者是虚拟间隔棒。虚拟间隔棒能够保证相邻间隔棒内导线比载、横截面积等参数相同。

作为一个优选的实施例，耐张绝缘子串被处理为与真实导线比载不同的一段导线。

如图4所示，作为一个优选的实施例，导线类型包括左耐张档、跨越档和右耐张档三种类型。图中，l₁、l₂和l₃分别是左耐张档、跨越档和右耐张档的档距；h₁、h₂和h₃分别是左耐张档、跨越档和右耐张档的高差；G_i表示集中质量的大小。

如图5所示，作为一个优选的实施例，左耐张档为左端与耐张绝缘子串相连、右端与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，跨越档为两端均与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，右耐张档为左端与悬垂绝缘子串相连、右端与耐张绝缘子串相连的一跨导线。

在步骤S2中，对于左耐张档，i＝1时的超越方程为：

其中，G₁＝G_L是左耐张绝缘子串的重量，

L_L为左耐张绝缘子串的长度。

i＝2，…，n时，超越方程为：

其中

其中，ΔH_i＝H_i-H_i-1(i＝1，…，n+1)，L_i和H_i(i＝0，…，n+1)分别是悬挂点或间隔棒到参考原点的水平和竖直距离，G_i(i＝1，…，n)是耐张绝缘子串或间隔板的质量，γ_i(i＝1，…，n+1)是各段导线的比载，σ_0i＝F₀/A_i，F₀为已知的水平张力，A_i(i＝1，…，n+1)是各段导线的横截面积。

约束条件方程为：

其中，h为左耐张档的高差。

作为一个优选的实施例，在步骤S3中，基于间隔棒高差对导线进行分段以后，以分段左侧点作为参考原点，采用悬链线法的公式计算导线分段内导线弧垂和应力分布。

对于第i段导线(xⁱ∈[0，Li])，悬链线法公式为：

其中，M和N分别为该段导线左右两侧点，并以左侧点M作为坐标原点；σ_0i＝F₀/A_i，L_i、H_i、γ_i和A_i分别是第i段导线的档距、高差、比载和横截面积，F0架设时导线水平张力。

如图6所示，L和H分别是该段导线两端点的水平距离和竖直距离，F_M和F_N分别是该段导线两端张力，F_MV和F_NV分别是该段导线两端张力的竖直分量，θ_M和θ_N分别是该段导线两端倾斜角，O是该段导线弧垂的最低点，L_OM和L_ON分别是O点到两端点的水平距离。

作为一个优选的实施例，在步骤S4中，根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布，计算各段导线左侧点的坐标，采用叠加悬链线法计算的导线坐标，得到各段导线在整体坐标系中的坐标，第i段导线在整体坐标系中的坐标为

其中，(Xⁱ，Zⁱ)是第i段导线的整体坐标。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种输电导线找形方法、装置以及系统的装置框架图。

如图2所示，一种输电导线找形装置，包括输电线路信息获取模块201、导线类型确定模块202以及数据处理模块203；所述数据处理模块203分别与输电线路信息获取模块201以及导线类型确定模块202相连接。

所述输电线路信息获取模块201用于获取导线中的输电线路信息，并将数据传输给数据处理模块203；

所述导线类型确定模块202用于确定导线的类型，并将数据传输给数据处理模块203；

所述数据处理模块203根据接收到的数据对导线进行找形计算。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种输电线路故障定位方法、系统以及设备的系统结构图。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

如图3所示，一种输电导线找形设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；

所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；

所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种输电导线找形方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1至S4。

示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。

所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

实施例2

在本实施例中，耐张档参数如表1所示；导线型号为LGJQ-300/40，参数如表2所示；左右耐张绝缘子串相同，参数如表3所示；间隔棒间距参数L_i(i＝1，…，n+1)如表4所示，重均为100N。

表1典型耐张段参数

表2导线参数

表3耐张绝缘子串参数

表4间隔棒间距参数

编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										左耐张档	35	60	70	70	75	70	65	55	32
跨越档	30	50	60	65	70	70	60	55	30
										右耐张档	35	50	55	55	60	55	50	50	30

进行找形结果如图7所示，图7中，x和z分别是耐张段导线的水平坐标和竖直坐标。

ANSYS有限元法找形结果相对于本发明方法找形结果的位移如附图8所示，图8中，x-disp和z-disp分别是水平坐标为x的导线上一点的x和z位移。

从图8中可以看出，本实施例的计算结果非常准确。

本实施例提供的一种输电导线找形方法能够解决现有的有限元法中无预应力初始状态信息难以获取的问题，可以用于有耐张绝缘子串、间隔棒、集中载荷等复杂情况下的输电导线找形，适用范围广。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种输电导线找形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取导线的输电线路信息以及确定导线类型；

步骤S2：基于输电线路信息以及导线类型，根据间隔棒处力平衡条件建立找形的超越方程组和约束方程组；

步骤S3：求解超越方程组和约束方程组得到间隔棒高差，基于间隔棒高差对导线进行分段，采用悬链线法计算导线分段内的导线弧垂和应力分布；

步骤S4：根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布确定导线的形状。

2.根据权利要求1所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，导线的输电线路信息包括档距和高差、耐张绝缘子串长度、间隔棒安装间距和重量、耐张绝缘子串和导线的横截面和比载以及悬挂点高度。

3.根据权利要求2所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，间隔棒为真实间隔棒或者集中质量，或者是虚拟间隔棒。

4.根据权利要求3所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，耐张绝缘子串被处理为与真实导线比载不同的一段导线。

5.根据权利要求4所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，导线类型包括左耐张档、跨越档和右耐张档三种类型。

6.根据权利要求5所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，左耐张档为左端与耐张绝缘子串相连、右端与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，跨越档为两端均与悬垂绝缘子串相连的一跨导线，右耐张档为左端与悬垂绝缘子串相连、右端与耐张绝缘子串相连的一跨导线。

7.根据权利要求6所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，在步骤S3中，基于间隔棒高差对导线进行分段以后，以分段左侧点作为参考原点，采用悬链线法的公式计算导线分段内导线弧垂和应力分布。

8.根据权利要求7所述的一种输电导线找形方法，其特征在于，在步骤S4中，根据间隔棒高差、导线弧垂和应力分布，计算各段导线左侧点的坐标，采用叠加悬链线法计算的导线坐标，得到各段导线在整体坐标系中的坐标。

9.一种输电导线找形装置，其特征在于，包括输电线路信息获取模块、导线类型确定模块以及数据处理模块；所述数据处理模块分别与输电线路信息获取模块以及导线类型确定模块相连接。

10.一种输电导线找形设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-8中任意一项所述的一种输电导线找形方法。

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