CN114492044B - 架空输电线路飑线风荷载计算方法、系统、介质和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，一种架空输电线路飑线风荷载计算方法、系统、介质和设备，包括：一种架空输电线路飑线风荷载计算方法，包括：根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；将设防飑线风力等级和对应风速输入荷载物理模型获得架空输电线路风荷载。本发明以结构风工程基本原理和飑线风气象实测资料为依据，实现了对输电线路飑线风荷载的合理评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种架空输电线路飑线风荷载计算方法、系统、介质和设备，属于通信技术领域，特别涉及输电线路风荷载计算技术领域。
背景技术
飑线风属于雷暴的一种，如果上升空气中的水蒸汽凝结产生了大规模降雨，则雨滴将对其通过的空气施加粘滞曳力，并引起很强的下沉气流。部分降水将在低层大气中蒸发，使那里的大气变冷而下沉。下沉的冷气流在地面上以壁急流，即急流撞击壁面形成的气流，形式扩散从而形成飑线风。
飑线风对架空输电线路的威胁和破坏非常大，输电线路在遭遇飑线风极端灾害天气时，经常发生倒塔事故，严重影响电网安全稳定运行。风荷载是输电线路的主要外荷载，输电塔须同时承受导线所受的风荷载和自身所受的风荷载。目前国内输电线路仅按规范规定的大气边界层风计算风荷载。
飑线风在风场强度和风场分布上与大气边界层风存在显著差异，两者对输电线路产生的荷载效应也显著不同。按现行规范方法设计的输电塔，很难有效抵御飑线风极端灾害天气的侵袭。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种架空输电线路飑线风荷载计算方法、系统、介质和设备，其能够对飑线风的风荷载进行准确计算，根据该计算设计的输电塔可以有效的防护飑线风的威胁、破坏。
为了实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种架空输电线路飑线风荷载计算方法，包括：根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；将设防飑线风力等级和对应风速输入荷载物理模型获得架空输电线路风荷载。
进一步，输电塔的飑线风荷载的计算公式为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为架空输电线路风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔风振系数；B2为输电塔构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积。
进一步，风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
进一步，飑线风压采用3s阵风风速。
进一步，输电塔风振系数沿输电塔全高均取1.0。
本发明还公开了一种架空输电线路飑线风荷载计算系统，包括：荷载模型模块，用于根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；风荷载计算模块，用于将设防飑线风力等级和对应风速输入荷载物理模型获得架空输电线路风荷载。
进一步，输电塔的飑线风荷载的计算公式为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为输电塔风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔风振系数；B2为输电塔构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积。
进一步，风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行根据上述任一项架空输电线路飑线风荷载计算方法。
本发明还公开了一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行根据上述任一项架空输电线路飑线风荷载计算方法。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明以结构风工程基本原理和飑线风气象实测资料为依据，实现了对输电线路飑线风荷载的合理评价。该方法应用于输电塔设计后，可有针对性地提高输电塔的结构强度，在造价提升可控的前提下，有效提高输电线路的抗飑线风能力，有利于电网的安全稳定运行。
附图说明
图1是现有技术中荷载物理模型的结构示意图；
图2是本发明一实施例中架空输电线路飑线风荷载计算方法的流程图；
图3是本发明一实施例中荷载物理模型的结构示意图，实现箭头表示规范风荷载；虚线箭头表示飑线风荷载。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在对本发明实施例进行说明前，先对文中的技术术语进行说明。
飑线风：由排列成狭长带状的多个雷暴云组成的强对流天气带。
结构风工程：风工程学的分支，是一门主要研究风和结构的相互作用，如结构在风荷载作用下的位移、加速度等结构响应，以确保结构安全性和舒适性的学科。
大气边界层风：太阳对地球大气辐射加热不均匀产生压力梯度，使得空气相对于地表运动而产生的风。
输电塔：用来支撑导线、避雷线和其他附属设施，使得导线与导线、导线与铁塔、导线与避雷线之间、导线对地面或交叉跨越物保持规定安全距离的结构物。
现有技术中，大气边界层风计算风荷载的方法，如图1所示，具体计算方法如下：
导线1的规范风荷载为：
Wx＝βc·αL·W0·μz·μsc·d·Lp·B1·sin2θ
输电塔2的规范风荷载为：
Ws＝W0·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wx是导线1的规范风荷载；βc是导地线阵风系数；αL是档距折减系数；W0是基准风压，采用10min平均风速计算；μz是风压高度变化系数
μsc是导线1或地线的体型系数；d是导线1或地线的外径或覆冰时的计算外径；Lp是输电塔2的水平档距；B1是导地线覆冰风荷载增大系数；θ是风向与导线1或地线方向之间的夹角。Ws为输电塔2的规范风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔2的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔2风振系数，输电塔2风振系数一般1.0-3.0，输电塔2顶部取大值，底部取小值，平均值1.5-1.7；B2为输电塔2构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积。
飑线风在风场强度和风场分布上与大气边界层风存在显著差异，两者对输电线路产生的荷载效应也显著不同。按现行规范方法仅计算良态风荷载设计的输电塔2，很难有效抵御飑线风极端灾害天气的侵袭。因此需要基于结构风工程基本原理和飑线风实测数据，提出适用于架空输电线路的飑线风荷载计算方法和参数取值，方能有效提升输电塔2抵御飑线风极端灾害天气的能力。
实施例一
本实施例公开了一种架空输电线路飑线风荷载计算方法，如图2所示，包括：
S1根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，选择适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线1，飑线风荷载作用于输电塔2。
在本发明实施例中，依据飑线风气象资料和输电线路气象条件重现期要求，得到拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，具体设防飑线风力等级和对应风速如表1所示。
表1设防飑线风力等级和对应风速表
在本发明实施例中，如图3所示，根据飑线风气象条件的自身特点，及其对导线1和输电塔2的不同影响，选择适用于飑线风气象条件的荷载物理模型。该模型的主要特征在于将规范风荷载作用于导线1，飑线风荷载作用于输电塔2。
S2将设防飑线风力等级和对应风速输入荷载物理模型获得架空输电线路风荷载。
在本发明实施例中，导线1的规范风荷载为：
Wx＝βc·αL·W0·μz·μsc·d·Lp·B1·sin2θ
输电塔2的飑线风荷载为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为架空输电线路风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔2的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔2风振系数；B2为输电塔2构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积。风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
本实施例中，飑线风压采用3s阵风风速计算，输电塔2风振系数沿输电塔2全高均取1.0。
本实施例根据飑线风气象条件的自身特点，及其对导线1和输电塔2的不同影响，提出仅仅将飑线风荷载作用于输电塔2，而非整个输电线路(包括导线1和输电塔2)，实现了对架空输电线路飑线风荷载的合理评价，是对现行规范风荷载的有益补充，可在工程造价提升可控的前提下有效提高架空输电线路抵御飑线风的能力。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种架空输电线路飑线风荷载计算系统，包括：
荷载模型模块，用于根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；
风荷载计算模块，用于将设防飑线风力等级和对应风速输入荷载物理模型获得架空输电线路风荷载。
输电塔2的飑线风荷载的计算公式为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为架空输电线路风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔2的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔风振系数；B2为输电塔2构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积。
风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行根据上述任一项架空输电线路飑线风荷载计算方法。
实施例四
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行根据上述任一项架空输电线路飑线风荷载计算方法。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的数据类型、应用位置及数据结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种架空输电线路飑线风荷载计算方法，其特征在于，包括：
根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；
将所述设防飑线风力等级和对应风速输入所述荷载物理模型获得架空输电线路风荷载；
所述输电塔的飑线风荷载的计算公式为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为输电塔风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔风振系数；B2为输电塔构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积；
所述风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
2.如权利要求1所述的架空输电线路飑线风荷载计算方法，其特征在于，所述飑线风压采用3s阵风风速。
3.如权利要求2所述的架空输电线路飑线风荷载计算方法，其特征在于，所述输电塔风振系数沿输电塔全高均取1.0。
4.一种架空输电线路飑线风荷载计算系统，其特征在于，包括：
荷载模型模块，用于根据拟建架空输电线路的设防飑线风力等级和对应风速，确定适用于飑线风气象条件的荷载物理模型，使规范风荷载作用于导线，飑线风荷载作用于输电塔；
风荷载计算模块，用于将所述设防飑线风力等级和对应风速输入所述荷载物理模型获得架空输电线路风荷载；
所述输电塔的飑线风荷载的计算公式为：
Wsg＝Wg·μz·μs·βz·B2·As
其中，Wsg为输电塔风荷载，Wg为飑线风压；μz为风压高度变化系数；μs为输电塔的构件体型系数；βz是高度z处的输电塔风振系数；B2为输电塔构件覆冰风荷载增大系数；As是迎风面构件面积；
所述风压高度变化系数μz的计算公式为：
其中，z为高度。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1-3任一项所述的架空输电线路飑线风荷载计算方法。
6.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1-3任一项所述的架空输电线路飑线风荷载计算方法。
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