CN111272326A - 一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，假定一个水平应力，由步骤一计算出悬垂绝缘子串偏移使档距增大量，由步骤二计算出各档的悬垂串偏移量，再由步骤三根据架空线应力计算绝缘子串偏移量，重复步骤一至三计算出全部参量。若求得的悬垂串偏移量接近于0，则满足要求，接受上述各计算结果，否则重新假定水平应力，再由步骤一重新开始计算，直至计算出的悬垂串偏移量满足精度要求为止。本发明提出了连续档单端覆冰下档距变化量的计算公式，利用“等长线法”模型求解单端覆冰后的不平衡张力，既能满足工程精度的要求，又能形成简便实用的计算程序，适用于工程实际计算。

Description

一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法

技术领域

本发明属于架空输电线路领域，具体涉及一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法。

背景技术

我国是输电线路覆冰较为严重的国家之一，电网加强后，仍存在覆冰跳闸事故，通过分析，故障闪络点大多数分布在大档距、大高差、高悬挂点出口处，且高悬挂端覆冰严重，低悬挂端覆冰较轻或者未覆冰。针对此情况，行业技术人员提出在大档距、大高差下需校验导线脱冰地线高悬挂端覆冰时的静态接近距离是否满足操作间隙。高悬挂端覆冰时电线形态研究的关键在于单端覆冰下不平衡张力的计算。截至目前，不平衡张力的计算主要有两种模式。第一种通常采用有限元分析程序(例如ANSYS)求解。此种计算方法精度较高，但是不能形成简便实用的计算程序，对实际工程中逐塔批量计算模式不适用，且难以被多数工程设计人员所掌握。第二种模式一般采用“等长线法”模型，例如中国专利《动态弦截法计算不平衡张力的方法》(专利号：CN 106650088，公开日期：20170510)和《挂点位移渐进法精确求解架空输电线路不平衡张力的方法》(专利号：CN 108563609，公开日期：20180921)。此种计算方法均用于计算档内均布荷载情况，对于档内非均布荷载的计算方法均未提及。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中单端覆冰下不平衡张力的计算方式复杂且涵盖面不全的问题，提供一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，既能满足工程精度的要求，又能形成简便实用的计算程序，为多数工程设计人员所掌握。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，包括以下步骤：

步骤一、获取架线竣工时悬垂串处于铅锤位置时第i档的档距l_i0，高差h_i0，高差角β_i0，降温Δt补偿架空线初伸长后的各档水平应力σ₀，比载γ₀₀，架线气温t₀；

线路运行过程中，待求工况气温为t，假设初伸长已全部释放，各档水平应力为σ_i0，悬垂绝缘子串偏移使档距增大Δl_i，高差变化Δh_i，高差角变为β_i；

如果第i档荷载均布，比载为γ_i，忽略高差变化的影响，按下式计算Δl_i：

式中，E为电线的弹性模量，α为电线的温度伸长系数；

步骤二、耐张段共计n档，两端耐张串偏移量为0，即δ₀＝0、δ_n＝0；

按下式计算其他各档的悬垂串偏移量：

步骤三：按下式根据架空线应力计算绝缘子串偏移量：

式中，G_J为悬垂绝缘子串垂向荷载，λ_i为串长，A为架空线截面积，P_i为架空线作用于悬垂绝缘子串的垂向荷载，A(σ_(i+1)0-σ_i0)为左右两档的不平衡张力差，δ_i为绝缘子串下端偏移量；

假定一个水平应力σ₁₀，由步骤一计算出Δl₁，再由步骤二计算出δ₁，由步骤三计算出σ₂₀，重复步骤一至三计算出全部σ_i0、Δl_i和δ_i。若求得的δ_n接近于0，则满足要求，接受上述各计算结果，否则重新假定σ₁₀，再由步骤一重新开始计算，直至计算出的δ_n满足精度要求为止。

所述的步骤一中如果第k档荷载非均布，为单端覆冰情况，覆冰长度为l_B，覆冰后综合荷载为p₁，剩余段荷载为p₀；忽略高差变化Δh_k的影响，按下式计算档距增大值Δl_k：

其中：

式中Q_j、Q_j'相当于简支梁上第j个均布荷载左右端点处的剪力；

σ_k0为第k档的水平应力。

所述的步骤3在计算Pi/A时，计入单端覆冰的影响。

第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，倒挂情况下l_0B≥l_k0，全覆冰情况下l_B＝l_k0，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，倒挂情况下l_0B≥l_k0且l_B<l_k0，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，不倒挂情况下l_0B＜l_k0且l_B≥l_0B，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，不倒挂情况下l_0B＜l_k0且l_B＜l_0B，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：该方法为求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力提供了有效途径，假定一个水平应力，由步骤一计算出悬垂绝缘子串偏移使档距增大量，再由步骤二计算出各档的悬垂串偏移量，再由步骤三根据架空线应力计算绝缘子串偏移量，重复步骤一至三计算出全部参量。若求得的悬垂串偏移量接近于0，则满足要求，接受上述各计算结果，否则重新假定水平应力，再由步骤一重新开始计算，直至计算出的悬垂串偏移量满足精度要求为止。本发明提出了连续档单端覆冰下档距变化量的计算公式，利用“等长线法”模型求解单端覆冰后的不平衡张力，适用于档内非均布荷载的计算，既能满足工程精度的要求，又能形成简便实用的计算程序，适用于工程实际计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的连续档架空输电线路单端覆冰不平衡张力的整体计算过程图；

图2为本发明中单端覆冰下悬垂绝缘子串偏斜后的连续档架空线图；

图3为本发明中单端覆冰档的荷载与剪力图；

图4为本发明中单端覆冰下悬垂绝缘子串不平衡力矩的计算图式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法包括以下步骤：

步骤一、架线竣工时，悬垂串处于铅锤位置，第i档的档距为l_i0，高差为h_i0，高差角为β_i0。补偿架空线初伸长后(降温Δt)的各档水平应力为σ₀，比载为γ₀₀，架线气温为t₀。

此时第i档悬挂曲线长度为：

线路运行过程中，待求工况气温为t，假设初伸长全部释放，各档水平应力为σ_i0，悬垂绝缘子串偏移使档距增大Δl_i，高差变化Δh_i，高差角变为β_i，如果第i档荷载均布，比载为γ_i。

此时第i档悬挂曲线长度为：

两种状态下线长之差是由于应力、气温的不同以及初伸长的放出引起的，即

忽略高差变化的影响，得到Δl_i与σ_i0之间的关系式如下：

式中E为电线的弹性模量，α为电线的温度伸长系数。

参见图2，如果第k档荷载非均布，为单端覆冰情况，覆冰长度为l_B，覆冰后综合荷载为p₁，剩余段为p₀，覆冰后水平张力为T_k0，此时第k档悬挂曲线长度为：

忽略高差变化Δh_k的影响，则档距增大值Δl_k与σ_k0之间的关系式如下：

其中：

式中A为电线的截面积，其中Q_j、Q_j'相当于简支梁上第j个均布荷载左右端点处的剪力。

步骤二、耐张段共计n档，两端耐张串偏移量为0，即δ₀＝0、δ_n＝0，如图3所示。

其他各档的档距变化量为：

Δl₁＝δ₁-δ₀＝δ₁

Δl₂＝δ₂-δ₁＝δ₂-Δl₁，δ₂＝Δl₂+Δl₁

……

各档的悬垂串偏移量为：

步骤三：如图4所示，悬垂绝缘子串垂向荷载为G_J，串长为λ_i，架空线作用于悬垂绝缘子串的垂向荷载为P_i，左右两档的不平衡张力差为A(σ_(i+1)0-σ_i0)，绝缘子串下端偏移量为δ_i，对悬挂绝缘子串上端悬挂点列力矩平衡方程式，则有：

则绝缘子串偏移量与架空线应力的关系为：

在计算P_i/A时，也要计入单端覆冰的影响。

要计算P_i，要先用到应力，一般可按悬垂串铅直时的应力近似。若需要精确的数值，可用上面算得的应力结果，计算新的P_i，再按上述步骤循环计算。

第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

如果l_0B≥l_k0(倒挂情况)且l_B＝l_k0(全覆冰)，有：

如果l_0B≥l_k0(倒挂情况)且l_B<l_k0，有：

如果l_0B＜l_k0(不倒挂情况)且l_B≥l_0B，有：

如果l_0B＜l_k0(不倒挂情况)且l_B＜l_0B，有：

假定一个水平应力σ₁₀，由步骤一计算出Δl₁，再由步骤二计算出δ₁，再由步骤三计算出σ₂₀，重复步骤一至三计算出全部σ_i0、Δl_i和δ_i。若求得的δ_n接近于0，则满足要求，上述各计算结果可以接受，否则需重新假定σ₁₀，再由步骤一重新开始计算，直至计算出的δ_n满足精度要求为止。该方法既能满足工程精度的要求，又简便实用，适用于工程实际计算。

实施例

以750kV乌达Ⅰ线工程地线单端覆冰导致的不平衡张力计算为例，应用本发明方法。

在本发明实施例中，通过已编制好的软件进行计算，主要计算内容具体如下：

相关参数如表1～5所示。

表1气象参数。

表2地线参数

表3其他参数

表4档距高差参数及单端覆冰前计算结果

表5单端覆冰后挂点位移及不平衡张力计算结果

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取架线竣工时悬垂串处于铅锤位置时第i档的档距l_i0，高差h_i0，高差角β_i0，降温Δt补偿架空线初伸长后的各档水平应力σ₀，比载γ₀₀，架线气温t₀；

线路运行过程中，待求工况气温为t，假设初伸长已全部释放，各档水平应力为σ_i0，悬垂绝缘子串偏移使档距增大Δl_i，高差变化Δh_i，高差角变为β_i；

如果第i档荷载均布，比载为γ_i，忽略高差变化的影响，按下式计算Δl_i：

式中，E为电线的弹性模量，α为电线的温度伸长系数；

步骤二、耐张段共计n档，两端耐张串偏移量为0，即δ₀＝0、δ_n＝0；

按下式计算其他各档的悬垂串偏移量：

步骤三：按下式根据架空线应力计算绝缘子串偏移量：

式中，G_J为悬垂绝缘子串垂向荷载，λ_i为串长，A为架空线截面积，P_i为架空线作用于悬垂绝缘子串的垂向荷载，A(σ_(i+1)0-σ_i0)为左右两档的不平衡张力差，δ_i为绝缘子串下端偏移量；

假定一个水平应力σ₁₀，由步骤一计算出Δl₁，再由步骤二计算出δ₁，由步骤三计算出σ₂₀，重复步骤一至三计算出全部σ_i0、Δl_i和δ_i；若求得的δ_n接近于0，则满足要求，接受上述各计算结果，否则重新假定σ₁₀，再由步骤一重新开始计算，直至计算出的δ_n满足精度要求为止。

2.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，所述的步骤一中如果第k档荷载非均布，为单端覆冰情况，覆冰长度为l_B，覆冰后综合荷载为p₁，剩余段荷载为p₀；忽略高差变化Δh_k的影响，按下式计算档距增大值Δl_k：

其中：

式中Q_j、Q_j'相当于简支梁上第j个均布荷载左右端点处的剪力；

σ_k0为第k档的水平应力。

3.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，所述的步骤3在计算Pi/A时，计入单端覆冰的影响。

4.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，倒挂情况下l_0B≥l_k0，全覆冰情况下l_B＝l_k0，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

5.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，倒挂情况下l_0B≥l_k0且l_B<l_k0，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

6.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，不倒挂情况下l_0B＜l_k0且l_B≥l_0B，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

7.根据权利要求1所述求解连续档架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法，其特征在于，第k档弧垂最低点位于

处，其中T_k0为第k档张力，求得x＝l_0B，不倒挂情况下l_0B＜l_k0且l_B＜l_0B，则第k档和第k-1档的P_k/A、P_k-1/A有：

Images