本發(fā)明涉及一種相間最短距離算法，特別是涉及一種輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的相間最短距離算法，屬于輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：長(zhǎng)距離多回架空輸電線(xiàn)路正常運(yùn)行時(shí)，地線(xiàn)上感應(yīng)出電壓和電動(dòng)勢(shì)，由于過(guò)高的電壓會(huì)造成地線(xiàn)的絕緣子閃絡(luò)或者擊穿，因此，各相導(dǎo)線(xiàn)需進(jìn)行換位以平衡感應(yīng)電壓。然而，出現(xiàn)換位的檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)空間布置上交叉跨越，在大風(fēng)作用下不同步擺動(dòng)跳閘事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，研究分析導(dǎo)線(xiàn)的不同步風(fēng)擺，對(duì)保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行、消除線(xiàn)路的安全隱患都有重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)通常選擇將導(dǎo)線(xiàn)簡(jiǎn)化為單擺模型，在設(shè)計(jì)風(fēng)速下采用靜力學(xué)方法分析導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)擺問(wèn)題，均未考慮到風(fēng)荷載的動(dòng)態(tài)特性，從而影響了導(dǎo)線(xiàn)相間最短距離的準(zhǔn)確判斷，造成實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)因?qū)Ь€(xiàn)發(fā)生不同步擺動(dòng)，導(dǎo)致架空輸電線(xiàn)路相間最短距離不足發(fā)生跳閘故障。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的相間最短距離算法，特別適用于導(dǎo)線(xiàn)空間布置上交叉跨越的換位檔的輸電線(xiàn)路。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服傳統(tǒng)的采用單擺模型在設(shè)計(jì)風(fēng)速下采用靜力學(xué)方法分析導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)擺問(wèn)題所存在的缺陷，提供能綜合考慮動(dòng)態(tài)風(fēng)、輸電線(xiàn)路檔距以及導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)等因素影響下的導(dǎo)線(xiàn)不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)適用性更好和精度更高的輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的相間最短距離算法，包括以下步驟：1)以檔距兩端懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)，建立架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型；其中，導(dǎo)線(xiàn)的自重和承受的荷載沿輸電線(xiàn)路方向均勻分布；2)模擬脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程，確定作用在導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)的基本風(fēng)荷載Pd和比載γ4；3)取導(dǎo)線(xiàn)上單位質(zhì)量元dm進(jìn)行受力分析，確定合外力矩表達(dá)式，并應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律分析風(fēng)擺過(guò)程，再確定輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型；4)利用改進(jìn)歐拉法求解輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出相間最短距離；并根據(jù)得到的相間最短距離結(jié)果，分析導(dǎo)線(xiàn)的相間最短距離的變化規(guī)律。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟1)的以檔距兩端懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)，建立架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型，具體為，設(shè)A、B為兩側(cè)桿塔檔距間的懸掛點(diǎn)、分別為低懸掛點(diǎn)A和高懸掛點(diǎn)B，兩懸掛點(diǎn)之間的弧垂最低點(diǎn)為O；取低懸掛點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)、x軸為順線(xiàn)路方向、y軸為豎直方向，并設(shè)線(xiàn)路檔距為l、高懸掛點(diǎn)B與低懸掛點(diǎn)A的高差為h；得導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)位置為(x，y)，高懸掛點(diǎn)B的坐標(biāo)位置為(l，h)；則建立的架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型，其方程表達(dá)式為式(1)，y=2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0---(1)]]>式(1)中，σ0為弧垂最低點(diǎn)O的軸向應(yīng)力，γ為沿順線(xiàn)路方向的均布比載，sh為雙曲正弦函數(shù)，a為弧垂最低點(diǎn)O至坐標(biāo)原點(diǎn)的水平距離；其中，弧垂最低點(diǎn)O至坐標(biāo)原點(diǎn)的水平距離a的計(jì)算方程為式(2)，a=l2-σ0γarcshh2σ0γshγl2σ0---(2)]]>則導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)M(x，y)的弧垂R計(jì)算方程為式(3)，R=hlx-y=hlx-2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0---(3)]]>本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟2)的模擬脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程是根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法采用蒙特卡羅算法進(jìn)行模擬，其中脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程所采用的功率譜為Davenport譜或Simiu譜。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟2)的導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)的基本風(fēng)荷載Pd和比載γ4，兩者的計(jì)算方程分別為式(4)和式(5)，Pd=αfuscSρ[v(z)+v(t)]22sin2θ---(4)]]>γ4=PdA∫ldl---(5)]]>式(4)和式(5)中，αf為風(fēng)速不均勻系數(shù)，usc為空氣動(dòng)力系數(shù)，S為導(dǎo)線(xiàn)的迎風(fēng)面積，ρ為空氣密度，v(z)為平均風(fēng)速，v(t)為脈動(dòng)風(fēng)速，θ為風(fēng)與線(xiàn)路方向的夾角，A為導(dǎo)線(xiàn)截面積；其中，脈動(dòng)風(fēng)速v(t)采用蒙特卡羅算法，其方程表達(dá)式為式(6)，v(t)=Σj=1Najcos(ωjt+φj),j=(1,2,...,N)---(6)]]>式(6)中，aj為脈動(dòng)風(fēng)幅值，ωj為角速度、導(dǎo)線(xiàn)上每點(diǎn)的角速度相同，φj為脈動(dòng)風(fēng)初相角、在[0，2π]上隨機(jī)分布，N為頻率域等分?jǐn)?shù)；當(dāng)脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程所采用的功率譜為Davenport譜，即通過(guò)選擇的功率譜密度函數(shù)Sv(ω)來(lái)進(jìn)一步確定式(6)中各變量，分別為式(7)和式(8)，aj2=2Sv(ωj)Δω---(7)]]>ωj=ωmin+(j-12)Δω---(8)]]>式(7)和式(8)中，ωmin為頻率域中的最小值，Δω為頻率域的步長(zhǎng)；其中，頻率域的步長(zhǎng)Δω的計(jì)算方程為式(9)，Δω=ωmax-ωminN---(9)]]>式(9)中，ωmax為頻率域中的最大值。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟3)的取導(dǎo)線(xiàn)上單位質(zhì)量元dm進(jìn)行受力分析，確定合外力矩表達(dá)式，具體為，設(shè)導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)擺過(guò)程中受到的三個(gè)力，分別為重力G、風(fēng)力F和拉力T，因拉力力矩為零，所以質(zhì)量元在擺動(dòng)時(shí)的合外力矩等于重力和風(fēng)力產(chǎn)生的力矩代數(shù)和，且在任一時(shí)刻兩者力矩的方向均相反；則合外力矩表達(dá)式為式(10)，M＝MF-MG(10)式(10)中，M為合外力矩，MG為重力力矩，MF為風(fēng)力力矩。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟3)的應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律分析風(fēng)擺過(guò)程，具體為，若導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)擺角為θ，則合外力矩、重力力距、風(fēng)力力距的表達(dá)式分別為式(11)、式(12)、式(13)，M=Idωdt=Id2θdt2---(11)]]>MG=∫lRsinθdG=∫lRgsinθdm=ρgsin∫0lRdx---(12)]]>MF=∫lRcosθdF=12αfuscdρ[v(z)+v(t)]2cosθ∫0lRdx---(13)]]>式(11)、式(12)、式(13)中，I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為擺動(dòng)角速度，g為重力加速度，d為導(dǎo)線(xiàn)直徑；其中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I的計(jì)算方程為式(14)，I=ρ∫0lR2dx---(14)]]>則確定輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型為方程組式(15)，M=Idωdt=Id2θdt2R=hlx-2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0γ4=PdA∫ldlI=ρ∫0lR2dxM=MF-MGMF=12αfuscdρ[v(z)+v(t)]2cosθ∫0lRdxMG=ρgsinθ∫0lRdx---(15)]]>本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟4)的計(jì)算出相間最短距離可通過(guò)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)CAD進(jìn)行計(jì)算。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明基于以檔距兩端懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)所建立的架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型，通過(guò)模擬脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程，來(lái)確定脈動(dòng)風(fēng)作用下導(dǎo)線(xiàn)所承受的風(fēng)荷載，并對(duì)單位質(zhì)量元進(jìn)行受力分析，采用剛體定軸擺動(dòng)定律分析擺動(dòng)過(guò)程，從而確定輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型，以此綜合考慮了脈動(dòng)風(fēng)、輸電線(xiàn)路檔距以及導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)等因素影響下的導(dǎo)線(xiàn)不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型來(lái)計(jì)算相間最短距離，得出相間最短距離的變化情況，與傳統(tǒng)的采用單擺模型在設(shè)計(jì)風(fēng)速下采用靜力學(xué)方法分析導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)擺問(wèn)題相比，具有更好的適用性和更高的精度。上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例的輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型的懸鏈線(xiàn)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)線(xiàn)受力圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)線(xiàn)風(fēng)擺圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)態(tài)風(fēng)速曲線(xiàn)；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的相間最短距離變化曲線(xiàn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提供一種輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的相間最短距離算法，包括以下步驟：1)以檔距兩端懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)，建立架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型；其中，導(dǎo)線(xiàn)的自重和承受的荷載沿輸電線(xiàn)路方向均勻分布。如圖1所示，設(shè)A、B為兩側(cè)桿塔檔距間的懸掛點(diǎn)、分別為低懸掛點(diǎn)A和高懸掛點(diǎn)B，兩懸掛點(diǎn)之間的弧垂最低點(diǎn)為O；取低懸掛點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)、x軸為順線(xiàn)路方向、y軸為豎直方向，并設(shè)線(xiàn)路檔距為l、高懸掛點(diǎn)B與低懸掛點(diǎn)A的高差為h、高差角為δ；得導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)位置為(x，y)，高懸掛點(diǎn)B的坐標(biāo)位置為(l，h)。則建立的架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)模型，其方程表達(dá)式為式(1)，y=2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0---(1)]]>式(1)中，σ0為弧垂最低點(diǎn)O的軸向應(yīng)力，γ為沿順線(xiàn)路方向的均布比載，sh為雙曲正弦函數(shù)，a為弧垂最低點(diǎn)O至坐標(biāo)原點(diǎn)的水平距離。其中，弧垂最低點(diǎn)O至坐標(biāo)原點(diǎn)的水平距離a的計(jì)算方程為式(2)，a=l2-σ0γarcshh2σ0γshγl2σ0---(2)]]>則導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)M(x，y)的弧垂R計(jì)算方程為式(3)，R=hlx-y=hlx-2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0---(3)]]>2)根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法，采用蒙特卡羅算法模擬脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程，確定作用在導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)的基本風(fēng)荷載Pd和比載γ4；其中，脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程所采用的功率譜為Davenport譜或Simiu譜。所述導(dǎo)線(xiàn)上任意一點(diǎn)的基本風(fēng)荷載Pd和比載γ4，兩者的計(jì)算方程分別為式(4)和式(5)，Pd=αfuscSρ[v(z)+v(t)]22sin2θ---(4)]]>γ4=PdA∫ldl---(5)]]>式(4)和式(5)中，αf為風(fēng)速不均勻系數(shù)，usc為空氣動(dòng)力系數(shù)，S為導(dǎo)線(xiàn)的迎風(fēng)面積，ρ為空氣密度，v(z)為平均風(fēng)速，v(t)為脈動(dòng)風(fēng)速，θ為風(fēng)與線(xiàn)路方向的夾角，A為導(dǎo)線(xiàn)截面積。其中，脈動(dòng)風(fēng)速v(t)采用蒙特卡羅算法，分解為諧波合成法中服從高斯過(guò)程且均值為零的三角級(jí)數(shù)，其方程表達(dá)式為式(6)，v(t)=Σj=1Najcos(ωjt+φj),j=(1,2,...,N)---(6)]]>式(6)中，aj為脈動(dòng)風(fēng)幅值，ωj為角速度、導(dǎo)線(xiàn)上每點(diǎn)的角速度相同，φj為脈動(dòng)風(fēng)初相角、在[0，2π]上隨機(jī)分布，N為頻率域等分?jǐn)?shù)。當(dāng)脈動(dòng)風(fēng)過(guò)程所采用的功率譜為Davenport譜，即通過(guò)選擇的功率譜密度函數(shù)Sv(ω)來(lái)進(jìn)一步確定式(6)中各變量，分別為式(7)和式(8)，aj2=2Sv(ωj)Δω---(7)]]>ωj=ωmin+(j-12)Δω---(8)]]>式(7)和式(8)中，ωmin為頻率域中的最小值，Δω為頻率域的步長(zhǎng)；其中，頻率域的步長(zhǎng)Δω的計(jì)算方程為式(9)，Δω=ωmax-ωminN---(9)]]>式(9)中，ωmax為頻率域中的最大值。3)取導(dǎo)線(xiàn)上單位質(zhì)量元dm進(jìn)行受力分析，確定合外力矩表達(dá)式，并應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律分析風(fēng)擺過(guò)程，再確定輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型。如圖2所示，取導(dǎo)線(xiàn)上單位質(zhì)量元dm進(jìn)行受力分析，設(shè)導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)擺過(guò)程中受到的三個(gè)力，分別為重力G、風(fēng)力F和拉力T，因拉力力矩為零，所以質(zhì)量元在擺動(dòng)時(shí)的合外力矩等于重力和風(fēng)力產(chǎn)生的力矩代數(shù)和，且在任一時(shí)刻兩者力矩的方向均相反；則合外力矩表達(dá)式為式(10)，M＝MF-MG(10)式(10)中，M為合外力矩，MG為重力力矩，MF為風(fēng)力力矩。應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律分析風(fēng)擺過(guò)程，如圖3所示，若導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)擺角為θ，則合外力矩、重力力矩、風(fēng)力力矩的表達(dá)式分別為式(11)、式(12)、式(13)，M=Idωdt=Id2θdt2---(11)]]>MG=∫lRsinθdG=∫lRgsinθdm=ρgsin∫0lRdx---(12)]]>MF=∫lRcosθdF=12αfuscdρ[v(z)+v(t)]2cosθ∫0lRdx---(13)]]>式(11)、式(12)、式(13)中，I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為擺動(dòng)角速度，g為重力加速度，d為導(dǎo)線(xiàn)直徑；其中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I的計(jì)算方程為式(14)，I=ρ∫0lR2dx---(14)]]>則確定輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型為方程組式(15)，M=Idωdt=Id2θdt2R=hlx-2σ0γshγx2σ0shγ(x-2a)2σ0γ4=PdA∫ldlI=ρ∫0lR2dxM=MF-MGMF=12αfuscdρ(v(z)+v(t))2cosθ∫0lRdxMG=ρgsinθ∫0lRdx---(15)]]>4)利用改進(jìn)歐拉法求解輸電線(xiàn)路不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算出相間最短距離；并根據(jù)得到的相間最短距離結(jié)果，分析導(dǎo)線(xiàn)的相間最短距離的變化規(guī)律。取某220kV輸電線(xiàn)路某換位檔，其數(shù)據(jù)為：l＝50m，h＝7m，豎直懸掛點(diǎn)相間距離4.5m，導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)GJ-630/45，各參數(shù)如表1所示。表1將平均風(fēng)速v(z)定為30m/s，則動(dòng)態(tài)風(fēng)速曲線(xiàn)如圖4所示。利用改進(jìn)歐拉法求解式(15)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算相間最短距離，得到相間最短距離結(jié)果，其變化曲線(xiàn)如圖5所示?？筛鶕?jù)如圖5所示的相間最短距離的變化曲線(xiàn)進(jìn)行輸電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)距離設(shè)計(jì)。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于，提供能綜合考慮動(dòng)態(tài)風(fēng)、輸電線(xiàn)路檔距以及導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)等因素影響下的導(dǎo)線(xiàn)不同步風(fēng)擺的動(dòng)力學(xué)模型，具有更好的適用性和更高的精度，對(duì)于提高安全運(yùn)行水平具有重要意義。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3