CN112115588B - 一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，该方法利用基础地理信息数据和输电线路设计标准信息，进行动态模拟仿真，大大缩短了输电线路检测和预警时间，该方法直接基于激光点云数据进行分析计算，数据获取更加安全可靠，不需要或很少需要进入现场测量，最大程度上降低了巡检人员的野外工作风险，该方法利用输电线路基础地理信息数据，数据易获取，且获取效率高，不受地理形态的限制，大大节省了检测成本，且能够及时发现输电线路隐患，巡检质量更高。

Description

一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法

技术领域

本发明涉及输电线路安全监测及仿真模拟技术领域，更具体的说是涉及一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法。

背景技术

目前，电力系统为我国社会经济的快速发展提供了强而有力的动力支持，而输电线路对供电的安全稳定性具有直接的影响，因此，保证输电线路在运行过程中的安全可靠性具有十分重要的意义。由于输电线路跨越区域范围广、所处地形复杂、所在自然环境恶劣、设备长期暴露在外等原因,输电线路非常容易受到机械张力作用、雷击闪络、材料老化、覆冰、高温等因素的影响而出现断股、磨损甚至是腐蚀等各种问题，影响电力系统安全和稳定。传统的输电线路维护以及走廊巡检工作均依靠人工现场勘探完成，这种人工巡视方式存在以下缺陷：

1、人工作业工作效率低下；

2、由于输电线路工作环境恶劣，工作人员的安全得不到保障；

3、成本高，对于山区或者横跨河流的输电线路,耗时耗力,在很大程度上增加了成本投入；

4、受到地形、地势的影响，输电线路隐患问题不能被及时发现，巡检质量难以保证；

5、预警困难，依靠人为经验进行定性分析，分析结果存在个体化差异且预判不准确，不能很好地满足当前大规模电网建设的实际需求。

因此，如何提供一种安全可靠、高效便捷的输电线路安全仿真模拟分析方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，该方法可以通过获取与输电线路相关的环境数据和自身参数信息，对输电线路进行安全检测，解决了现有的输电线路检测方式效率低下、不够安全、成本高且巡检质量低等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，该方法包括：

预先获取输电线路周围的基础地理数据、激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息；

基于基础地理数据和激光点云数据，进行线路走廊三维建模，生成线路走廊地形、地面及障碍物模型；

基于激光点云数据，获取塔杆位置信息，进行点云数据筛选、杆塔定位、范围裁剪、自动分类和人工交互等自动建模过程，构建塔杆模型和导线模型；

基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂方程；

基于所述特定工况条件下的导线弧垂方程以及预先计算得到的瞬时工况信息，获取所述特定工况条件下的导线弧垂方程的导线应力系数；

基于所述塔杆位置信息、所述塔杆模型和导线模型、所述导线应力系数以及多种预设的仿真工况信息，生成调整后的导线弧垂曲线；

基于所述线路走廊地形、地面及障碍物模型以及所述调整后的导线弧垂曲线，动态模拟仿真导线弧垂曲线，对输电线路在不同工况条件下的安全距离进行分析和预警，并生成安全距离分析报告。

进一步地，所述基础地理数据包括地形数据和影像数据，所述瞬时工况信息包括温度、覆冰、风速、光照和负荷数据，所述线路台账信息包括塔杆、导线台账。

进一步地，上述基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂方程的过程，具体包括：

步骤1：将输电线路近似为悬链线，并将悬链线方程简化为斜抛物线方程；

在输电线路中，导线是以杆塔为支持物而悬挂起来的。对于悬挂点在两固定点A、B的一根柔软的(指不承受弯曲应力)且荷载沿线长均匀分布的绳索，其所形成的形状为“悬链线”。

在输电线路中，当所使用的档距足够大时，导线材料的刚性影响可以忽略，同时导线的荷载沿线长均匀分布，则导线悬挂形状也可认为是“悬链线”。

从“悬链线”特性公式中可以看出悬链线方程包含着双曲线函数，计算比较复杂不便使用，故一般将悬链线公式简化为斜抛物线公式或平抛物线公式。所谓斜抛物线公式是近似地认为导线荷载沿悬挂点连线上均匀分布而简化得来。所谓平抛物线是近似地认为导线荷载沿悬挂点间的水平线上均匀分布而简化得来。

本发明以导线最低点作为坐标0点，相应公式如下：

导线悬挂曲线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa。

简化后的斜抛物线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；

为高差角。

简化后的平抛物线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa。

步骤2：根据所述斜抛物线方程，并基于所述激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，计算导线最大弧垂，得到输电线路的导线弧垂方程。

将导线悬挂曲线上任意一点至两悬挂点连线在铅直方向上的距离称为该点的弧垂。一般所说的弧垂，均指档内最大弧垂。具体公式如下：

悬链线公式：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；h为档距两端悬挂点间的高差，l为档距。

斜抛物线下，导线最大弧垂的计算公式为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；l为档距，β为导线两端高差角，即当线路导、地线悬挂点不等高有高差时的高差角。

平抛物线下，导线最大弧垂的计算公式为：

进一步地，所述导线应力系数的获取过程，具体包括：

步骤1：基于所述斜抛物线方程，构建表征导线水平应力随瞬时工况信息变化的导线状态方程；

由于气象条件变化时，架空线所受温度和荷载也发生变化，相应其水平应力σ₀和弧垂f也随着变化。为此要确定σ₀大小，则必须要研究气象条件(或称状态)变化时，导线的应力会存在怎样的变化关系，因而引出了状态方程，即导线内的水平应力随气象条件的变化规律可用导线状态方程来描述。由斜抛物线方程确定的形式，略去推导过程，得到状态方程如下：

式中，g_m为初始气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；g_n为待求气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；t_m为初始气象条件下的温度，单位为℃；t_n为待求气象条件下的温度，单位为℃；σ_m为在温度t_m和比载g_m时的应力，单位为MPa；σ_n—在温度t_n和比载g_n时的应力，单位为MPa；α为线温度线膨胀系数，单位为1/℃；E为导线的弹性系数，单位为MPa；

为导线悬挂点高差角；l为档距，单位为m。

步骤2：将预先测得的瞬时工况数据代入所述导线状态方程，根据导线水平应力与对应瞬时工况数据的变化关系，得到导线应力系数(即上述的水平导线最低点应力σ₀)，为后期求不同工况条件下导线应力及几何曲线提供初始数据。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，该方法利用基础地理信息数据和输电线路设计标准信息，进行动态模拟仿真，大大缩短了输电线路检测和预警时间，该方法直接基于激光点云数据进行分析计算，数据获取更加安全可靠，不需要或很少需要进入现场测量，最大程度上降低了巡检人员的野外工作风险，该方法利用输电线路基础地理信息数据，数据易获取，且获取效率高，不受地理形态的限制，大大节省了检测成本，且能够及时发现输电线路隐患，巡检质量更高。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中输电线路通道多工况仿真模拟分析方法的实现原理示意图；

图3为本发明实施例中导线弧垂拟合图像示意图；

图4为本发明实施例中风偏模型结构示意图；

图5为本发明实施例中基于风偏数据进行预警的流程示意图；

图6为本发明实施例中架空导线在风偏和覆冰状态下的受力图。

具体实施方式

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，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做出创造性劳动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。

参见附图1和图2，本发明实施例公开了一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，该方法包括：

S1：预先获取输电线路周围的基础地理数据(包括地形数据和影像数据)、激光点云数据、数据特征码、瞬时工况信息(包括温度、风速、光照、负荷等)以及线路台账信息(包括塔杆、导线台账)；

S2：基于基础地理数据和激光点云数据，进行线路走廊三维建模，生成线路走廊地形、地面及障碍物模型；

S3：基于激光点云数据，进行点云数据筛选、塔杆定位、范围裁剪、自动分类和人工交互等自动建模过程，获取塔杆精确位置信息，并构建塔杆模型和导线模型；

S4：基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂方程；

S5：基于特定工况条件下的导线弧垂曲线以及预先计算得到的瞬时工况信息，调整弧垂，获取特定工况条件下的导线弧垂方程的导线应力系数；

S6：基于塔杆位置信息、塔杆模型和导线模型、导线应力系数以及多种预设的仿真工况信息，生成调整后的导线弧垂曲线；

S7：基于线路走廊地形、地面及障碍物模型以及调整后的导线弧垂曲线，根据输电线路设计标准(如运规、净空值等规范)，对输电线路在不同工况条件下的安全距离进行分析和预警，模拟显示线路隐患，并生成安全距离分析报告。

具体地，首先需要计算导线比载、导线载流量与温升、导线应力弧垂，采用最小二乘法拟合得到导线弧垂方程，依据拟合的导线弧垂方程得到导线最大弧垂，进一步得到瞬时工况下的导线应力σ₀，为后期求不同工况条件下导线应力及几何曲线提供初始数据。

其中，导线比载是指导线受到的机械荷载，具体指导线单位长度、单位截面积上的荷载，由于作用在导线上的机械荷载有自重、冰重和风压，这些荷载可能是不均匀的，但为了便于计算，一般按沿导线均匀分布考虑。由于导线具有不同的截面，因此仅用单位长度的重量不宜分析它的受力情况。此外比载同样是矢量，其方向与外力作用方向相同。常用的比载共有七种，包括自重比载、冰重比载、导线自重和冰重总比载、无冰时风压比载、覆冰时的风压比载、无冰有风时的综合比载和有冰有风时的综合比载。

根据热平衡原理，架空导线吸收的热量应等于散发的热量，即导线上电流产生的热量加上日照吸收的热量等于辐射散发的热量加上对流散发的热量。因此，载流量的计算公式为：

I＝[(W_R+W_F-W_s)/R_t]^1/2

式中：I表示允许载流量，单位为A；W_R表示单位长度导线的辐射散热功率，单位为W/m；W_F为单位长度导线的对流散热功率，单位为W/m；W_S为单位长度导线的日照吸热功率，单位为W/m；R_t为允许温度时导线的交流电阻，单位为Ω/m。

导线辐射散热功率计算公式为：

W_R＝πDES[(θ+θ_a+273)⁴-(θ_a+273)⁴]

式中，D为导线外径，单位为m；E为导线表面的辐射散热系数，光亮新线为0.23-0.43；旧线或涂黑色防腐剂的旧线为0.9-0.95；θ为导线表面的平均温升，单位为℃；θ_a为环境温度，单位为℃；S为斯特凡-包尔茨曼常数，为5.67×10^-8(W/m)。

导线对流散热功率的计算公式为：

式中，λ_f为导线表面空气层传热系数，单位为W/m.℃，计算公式为：

λ_f＝2.42×10^-2+7(θ_a+θ/2)×10^-5

R_e为雷诺数，计算公式为：

R_e＝VD/ν

V为垂直于导线的风速，单位为m/s；

v为导线表面空气层运动粘度，单位为m²/s，计算公式为：

ν＝1.32×10^-5+9.6(θ_a+θ/2)×10^-8

导线日照吸热功率的计算公式为：

W_s＝α_s×J_S×D

式中：α_s为导线表面的吸热系数，光亮新线0.23-0.46，旧线或涂黑色防腐剂的旧线0.9-0.95；J_S为日光对导线的日照强度，单位为W/m²，当天晴、日光直射导线时，可采用1000W/m²。

导线电阻的计算公式为：

式中：Y_s为导线集肤效应及邻近效应增大系数；ρ₂₀为导线20℃时电阻系数；λ为导线平均绞入系数；A为导线实际截面，单位为m²；α₂₀为导线20℃时电阻温度系数。

上述基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂曲线的过程，具体包括：

步骤1：将输电线路近似为悬链线，并将悬链线方程简化为斜抛物线方程；

以导线最低点作为坐标0点，相应公式如下：

导线悬挂曲线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa。

简化后的斜抛物线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；

为高差角。

简化后的平抛物线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa。

步骤2：根据斜抛物线方程，并基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，计算导线最大弧垂，并拟合生成输电线路的导线弧垂曲线。

将导线悬挂曲线上任意一点至两悬挂点连线在铅直方向上的距离称为该点的弧垂。一般所说的弧垂，均指档内最大弧垂。具体公式如下：

悬链线公式：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；h为档距两端悬挂点间的高差，l为档距。

斜抛物线下，导线最大弧垂的计算公式为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；l为档距，β为导线两端高差角，即当线路导、地线悬挂点不等高有高差时的高差角。

平抛物线下，导线最大弧垂的计算公式为：

具体地，导线应力系数的获取过程，具体包括：

步骤1：基于斜抛物线方程，构建表征导线水平应力随瞬时工况信息变化的导线状态方程；

由于气象条件变化时，架空线所受温度和荷载也发生变化，相应其水平应力σ₀和弧垂f也随着变化。为此要确定σ₀大小，则必须要研究气象条件(或称状态)变化时，导线的应力会存在怎样的变化关系，因而引出了状态方程，即导线内的水平应力随气象条件的变化规律可用导线状态方程来描述。由斜抛物线方程确定的形式，略去推导过程，得到状态方程如下：

式中，g_m为初始气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；g_n为待求气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；t_m为初始气象条件下的温度，单位为℃；t_n为待求气象条件下的温度，单位为℃；σ_m为在温度t_m和比载g_m时的应力，单位为MPa；σ_n—在温度t_n和比载gn时的应力，单位为MPa；α为线温度线膨胀系数，单位为1/℃；E为导线的弹性系数，单位为MPa；

为导线悬挂点高差角；l为档距，单位为m。

步骤2：将预先测得的瞬时工况数据代入所述导线状态方程，根据导线水平应力与对应瞬时工况数据的变化关系，得到导线应力系数(即上述的水平导线最低点应力σ₀)，为后期求不同工况条件下导线应力及几何曲线提供初始数据。

在本实施例中，由机载LiDAR点云获取的三维电力线模型数学表达简单，为了进行电力线安全的实时评估，需要模拟不同气象条件下的导线弧垂状态，首先要确定瞬时工况条件下应力参数。由于导线的弧垂受气象条件影响，其悬链线形态是动态变化的，需要根据实际情况才能更加精确模拟现场情况。实时拟合算法(本实施例中采用最小二乘法)需要加入风速、温度因子，使导线的拟合模型(即最初得到的导线弧垂方程)能够在不同环境下进行智能化的参数调整，求出实时最优解。调整后的导线弧垂曲线，即导线弧垂拟合图如图3所示。

最后，在三维可视化平台中可根据不同的导线参数、环境参数、运行参数模拟不同工况的导线弧垂曲线，还可以根据九大典型气象区(中国九大典型气象区如下表1所示)，同时模拟不同典型气象的悬垂曲线，将输电线路情况展示在三维可视化平台中，再依据机载LiDAR获取的植被点云数据，杆塔台账信息，与运规净空相关规程进行对比，给出不同工况安全距离分析报告。

表1九大典型气象区数据

下面对风偏条件下输电线路安全距离的分析过程做具体说明：

导线风偏(舞动、弧垂)是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，常常造成线路跳闸、导线电弧烧伤、断股、断线等严重后果，且风偏的发生常伴有大风和雷雨现象，给故障的判断及查找带来一定的困难。

在实际工程应用中，经常需要计算架空线风偏后，在垂直及水平投影平面内的弧垂、应力及悬挂点应力等。需要构建风偏模型，如图4所示，将风偏平面内的架空线向垂直平面xy投影，投影曲线ACB上仅作用有垂直比载γ_v、悬挂点垂直应力分量σ_vA和σ_vB、线路方向的水平应力分量σ_vA＝σ_vB＝σ₀。将风偏平面内的架空线向水平面xz投影，投影曲线A"C"B"上仅作用有横向水平比载γ_h、垂直于线路方向的悬挂点水平应力σ_hA和σ_hB、顺线路方向的水平应力σ₀。

图4示出了悬挂点不等高电线受风时的斜偏情况，无风时电线位于垂直平面AEBD内，电线上仅作用有铅锤向下的垂直比载γ_v，图4中的

为无风时的悬点A、B间高差h，/>

为档距l。当电线受到横向风荷载时，电线各点垂直面内沿风向移动，直至荷载对/>

轴的转矩等于零时为止，如图中电线由C点移动至C’点，即偏移到综合比载γ’的作用线上。因此电线风偏角是以综合比载作用线与铅锤线间的夹角η来表示，它可以通过比载γ_v、γ_h以及γ’间的关系算出，公式为：

/>

由于电线各点风偏角相同，故电线风偏后仍位于综合荷载作用的同一平面内，图4中，以

为旋转轴将垂直平面AEBD旋转一铅锤角η后的AE’BD’平面，即为电线风偏角后所在的平面。图中实弧线/>

为风偏平面上的电线曲线。档距、高差、比载、应力等参数均位于风偏平面内。此时，两悬挂点间在垂直于综合比载方向上的投影间距/>

为风偏平面内的档距l'，两悬挂点间在荷载作用线上的投影间距/>

为悬挂点间的高差h'，与档距l'相平行的σ'₀为风偏平面内电线最低点O’的应力。

本实施例通过对多种风偏角进行计算，进而分析风偏条件下输电线路状态。各参数的计算过程如下：

导线风偏角的计算公式为：

式中，g₁为架空线的自重力比载，单位为N/(m.mm²)(或MPa/m)；g₄为架空线的风力比载，单位为N/(m.mm²)(或MPa/m)。

绝缘子串风偏角计算公式为：

式中：P_j为绝缘子串风荷载标准值，单位为kN；P_d为导线风荷载标准值，kN；l_h为水平档距，单位为m；G_j为绝缘子串垂重量，单位为kN；W_d为导线重，kN；l_v为垂直档距，单位为m；P_Q为重锤承受的水平风力，单位为N；Q为重锤的自重力，单位为N。

上式中，绝缘子串风荷载标准值(P_j)的计算公式为：

P_j＝B·W₀·μ_z·A_j

式中，B为覆冰时风荷载增大系数，无覆冰取1.0，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2；W₀为基准风压标准值，计算公式为W₀＝V²/1600，单位为kN/m²；μ_z为风压高度变化系数，基准高度为10m的风压高度变化系数按下表2规定确定。

表2基准高度为10m的风压高度变化系数参照表

A_j为合成悬式绝缘子串受风面积，单位为m²，具体的，不同型号绝缘子的受风面积取值见下表3所示：

表3不同型号绝缘子的受风面积取值参照表

绝缘子型号	FXBW-35/70	FXBW-110/70	FXBW-110/100	FXBW-220/120	FXBW-220/160
						受风面积m<sup>2</sup>	0.15	0.2	0.22	0.25	0.28

导线风荷载标准值(P_d)的计算公式为：

p_d＝α·W₀·μ_z·μ_s·d·B

式中：α为风压不均匀系数，应根据设计基本风速确定，当校验杆塔电气间隙时，α随水平档距变化取值，具体取值如下表3所示：

表4风压不均匀系数取值参照表

M_s为导地线体型系数，线径小于17mm或覆冰时(不论线径大小)取1.2，线径大于或等于17mm时取1.1；d为导线外径或覆冰时的计算外径；分裂导线取所有子导线外径的总和，单位为m；B为覆冰时荷载增大系数，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2。

为确定杆塔高，校验导线对地面、水面或交叉跨越物间的安全距离及杆塔位置等，需要知道导线的最大弧垂及其出现的气象条件。最大弧垂出现的气象条件一般为最高气温或者最大垂直比载出现时，可以通过临界温度法确定，计算公式如下：

式中，t_j为临界温度，α为风压不均匀系数，我国取0.61设计，0.75校核；覆冰无风时温度为t_b，比载为r₂；最高气温时的比载为r₁。

将计算的临界温度t_j和最高气温t_max相比较，温度高者为出现最大弧垂的控制条件。若t_j＞t_max，则最大弧垂发生在最大垂直比载气象条件，反之最大弧垂发生的最高温气象条件。

基于得到的上述风偏相关参数，在三维可视化平台中可模拟大风环境下风偏情况，根据风向、最大风速，用风偏模型对线路进行风偏模拟计算。计算出不同运行情况下风偏角的大小，按照导线弧垂情况决定绝缘子的空间位置，将输电线路的实际情况展示在三维可视化平台中。然后把风偏的实时情况与预设的输电线路的风偏极限值进行对比，一旦超出设定值就会发出预警信息，其实现流程如图5所示。

此外，覆冰对于电力系统也会造成严重危害，常会引起输电线路倒杆、倒塔，导线舞动、断线(股)，金具损伤、损坏，导线相间或对地放电，绝缘子闪络跳闸等重大事故，给电力系统的安全稳定运行带来严重危害。

本实施例中采用两种覆冰模型计算覆冰厚度，即通过覆冰截面积计算覆冰厚度和通过输电线路静力学模型计算覆冰厚度，其中，架空导线在风偏和覆冰状态下的受力图如图6所示。

首先，分析图6中悬点B处的受力：

T_o ²+G_h ²+G_v ²＝F²

式中：T_O为导线水平张力分量；G_h为垂直线路的导线水平风荷载为垂直荷载(主要是覆冰导线的重量)；F为悬挂点导线张力；分析G_h和G_v可得公式：

其中，P_v为导线单位垂直荷载，P_h为导线单位水平荷载，β’为杆塔导线悬挂点间的高差角。

认为覆冰为圆柱形均匀覆冰，且覆冰厚度为b，覆冰的密度为ρ_x，可得导线覆冰的截面积为：

其中：D为导线外径，单位为m；l′为风偏平面内的档距；θ为风向与电信轴线间的夹角；β’为杆塔导线悬挂点间的高差角；g为重力加速度；π为圆周率；L为导线实际长度。

覆冰厚度计算公式可得：

式中，b为覆冰厚度，ρ_x为覆冰密度，π为圆周率，D为导线外径，A为导线覆冰的截面积。

通过线路静力学模型计算覆冰厚度的过程为：

首先，分析导线覆冰后垂直风向上的静力学平滑，得公式：

其中：F为绝缘子串轴向拉力(由拉力传感器测得)；θ‘为风偏平面内的绝缘子串倾斜角；G为导线、绝缘子串和金具自重之和；q_ice为每根分裂导线均匀覆冰载荷集度；S′_a与S′_b为风偏平面内的大、小号杆塔侧导线最低点到主杆塔的线长；n为导线分裂数；η为风偏角；G/cosη为导线覆冰前风偏平面竖直方向向下的力，即导线、绝缘子串和金具自重之和与风共同作用形成的综合载荷；q_ice(S'_a+S_b')n/cosη为导线因覆冰而形成的综合载荷增量；Fcosθ'为覆冰后传感器测量的风偏平面竖直向上的拉力。

因此可以得到：

q_ice＝(Fcosθ′cosη-G)/(S′_a+S′_b)n

q_ice为每根分裂导线均匀覆冰载荷集度；F为绝缘子串轴向拉力(由拉力传感器测得)；θ′为风偏平面内的绝缘子串倾斜角；G为导线、绝缘子串和金具自重之和；S′_a与S′_b为风偏平面内的大、小号杆塔侧导线最低点到主杆塔的线长；n为导线分裂数；η为风偏角。

设覆冰密度为ρ，导线直线为D，认为覆冰形状为均匀圆柱体，则可得到导线等效覆冰厚度：

式中，b为导线等效覆冰厚度，D为导线外径，q_ice为每根分裂导线均匀覆冰载荷集度。

上述两种测量覆冰厚度的方法可以根据实际需要合理选取，也可以根据实际计算环境综合运用。

最后，本实施例根据得到的导线等效覆冰厚度与预设的覆冰厚度阈值比较，当超过预设的覆冰厚度阈值时，进行预警提示。

进而工作人员可以根据多种预警信息，测量输电线路与周围物体的距离，在低于安全距离时，及时采取维护措施，从而保证输电线路工作安全，避免因风偏、覆冰等环境因素导致输电线路与周围建筑或其他物体的距离小于安全距离而存在安全隐患。同时还可以自动生成安全距离分析报告，从而便于工作人员更加全面的了解输电线路安全状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，包括：

预先获取输电线路周围的基础地理数据、激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息；

基于基础地理数据和激光点云数据，进行线路走廊三维建模，生成线路走廊地形、地面及障碍物模型；

基于激光点云数据，获取塔杆位置信息，并构建塔杆模型和导线模型；

基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂方程；

基于所述导线弧垂方程以及预先计算得到的瞬时工况信息，获取所述特定工况条件下的导线弧垂方程的导线应力系数；

基于所述塔杆位置信息、所述塔杆模型和导线模型、所述导线应力系数以及多种预设的仿真工况信息，生成调整后的导线弧垂曲线；

基于所述线路走廊地形、地面及障碍物模型以及所述导线弧垂曲线，动态模拟仿真导线弧垂曲线，对输电线路在不同工况条件下的安全距离进行分析和预警，并生成安全距离分析报告；

对输电线路在不同工况条件下的安全距离进行分析和预警，包括：根据得到的导线等效覆冰厚度与预设的覆冰厚度阈值比较，当超过预设的覆冰厚度阈值时，进行预警提示；

所述导线等效覆冰厚度采用两种覆冰模型计算，包括通过覆冰截面积计算和通过输电线路静力学模型计算，上述两种测量覆冰厚度的方法包括根据实际需要合理选取，或根据实际计算环境综合运用；

通过覆冰截面积计算导线等效覆冰厚度具体公式为：

式中，b为覆冰厚度，ρ_x为覆冰密度，π为圆周率，D为导线外径，A为导线覆冰的截面积；

通过输电线路静力学模型计算导线等效覆冰厚度具体公式为：

式中，b为导线等效覆冰厚度，ρ为覆冰密度，D为导线外径，q_ice为每根分裂导线均匀覆冰载荷集度。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，所述瞬时工况信息包括温度、覆冰、风速、光照和负荷数据。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，基于激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，生成特定工况条件下的导线弧垂方程，具体包括：

将输电线路近似为悬链线，并将悬链线方程简化为斜抛物线方程；

根据所述斜抛物线方程，并基于所述激光点云数据、瞬时工况信息以及线路台账信息，计算导线最大弧垂，得到导线弧垂方程。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，所述导线最大弧垂的计算公式为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；l为档距，β为导线两端高差角，即当线路导、地线悬挂点不等高有高差时的高差角。

5.根据权利要求3所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，所述斜抛物线方程为：

式中，g为导线比载，单位为N/m.mm²；σ₀为水平导线最低点应力，单位为MPa；

为导线悬挂点高差角。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，所述导线应力系数的获取过程，具体包括：

基于所述斜抛物线方程，构建表征导线水平应力随瞬时工况信息变化的导线状态方程；

将预先测得的瞬时工况数据代入所述导线状态方程，根据导线水平应力与对应瞬时工况数据的变化关系，得到导线应力系数。

7.根据权利要求6所述的一种输电线路通道多工况仿真模拟分析方法，其特征在于，所述导线状态方程为：

式中，g_m为初始气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；g_n为待求气象条件下的比载，单位为N/m.mm²；t_m为初始气象条件下的温度，单位为℃；t_n为待求气象条件下的温度，单位为℃；σ_m为在温度t_m和比载g_m时的应力，单位为MPa；σ_n—在温度t_n和比载g_n时的应力，单位为MPa；α为线温度线膨胀系数，单位为1/℃；E为导线的弹性系数，单位为MPa；

为导线悬挂点高差角；l为档距，单位为m。/>

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