一種強風(fēng)作用下輸電線路安全性能的評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及輸電線路安全性能評估技術(shù)領(lǐng)域，具體講設(shè)及一種強風(fēng)作用下輸電線 路安全性能的評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)建設(shè)尤其是特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)的逐步推進，重要輸電通道占整個電 網(wǎng)的比例逐年提高，3條及W上交、直流輸電線路（電壓等級500kV及W上)在同一個狹小斷 面中通過的情況已較為普遍。W安徽安慶-宣城輸電通道為例，該通道合計輸送容量 19600MW，± SOOkV錦蘇線、± SOOkV復(fù)奉線、± 500kV葛南/林楓線在池州市匯入220kV官徽 線，平行長度為8.878km，四回線路的平均間距僅為150m。重要通道輸電線路在強風(fēng)作用下 一旦發(fā)生機械破壞，將造成重大經(jīng)濟損失和社會影響，嚴重影響國民經(jīng)濟和人民生活。
[0003] 桿塔作為架空輸電線路的支撐結(jié)構(gòu)，在輸電線路系統(tǒng)中占有重要地位，其安全性 和可靠性對于保證輸電線路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。桿塔結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生機械損 傷或破壞，相對于風(fēng)偏跳閩、覆冰閃絡(luò)等電氣事故而言，其修復(fù)難度大、成本高，且一般不能 迅速恢復(fù)供電。對于狹窄斷面內(nèi)有多條高電壓等級輸電線路通過的通道，某一條輸電線路 桿塔發(fā)生倒塌時，很可能會對相鄰輸電線路桿塔產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致連續(xù)倒塔。分析重要輸 電通道內(nèi)桿塔發(fā)生災(zāi)害時的相互影響規(guī)律，通過仿真分析評估輸電桿塔的健康狀態(tài)，提出 重要輸電通道桿塔各類潛在災(zāi)害的風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)防措施，對于建立多層次、全方位的 桿塔災(zāi)害預(yù)警和預(yù)防機制，實現(xiàn)重要輸電通道安全預(yù)警、提升電網(wǎng)防災(zāi)能力具有重要意義。
[0004] 目前還沒有針對多條超/特高壓線路經(jīng)過同一斷面情況進行安全評估的方法，尤 其是強風(fēng)作用下桿塔結(jié)構(gòu)的破壞模式對相鄰輸電線路的安全性能具有重要影響，更需要提 出適用的輸電線路安全性能評估方法，為重要通道輸電線路設(shè)計及運行維護提供參考和依 據(jù)。
[0005] 為滿足現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，需要提供一種強風(fēng)作用下輸電線 路安全性能的評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了針對多條超/特高壓線路經(jīng)過同一斷面情況進行安全評估，本發(fā)明提供一種 強風(fēng)作用下輸電線路安全性能的評估方法。
[0007] 本發(fā)明提供的強風(fēng)作用下輸電線路安全性能的評估方法，其改進之處在于，所述 評估方法包括W下步驟：
[000引（1)建立輸電線路塔線體系有限元模型；
[0009] (2)確定桿塔螺栓節(jié)點的松脫位置；
[0010] (3)確定桿塔螺栓節(jié)點的風(fēng)振次數(shù)；
[0011] (4)分析桿塔桿件的應(yīng)力特征；
[0012] (5)評估破壞模式對相鄰輸電線路安全性能的影響。
[0013] 進一步的，其特征在于，所述步驟（I)中，根據(jù)輸電線路斷面圖和桿塔司令圖，生成 的導(dǎo)線、地線和桿塔的節(jié)點空間坐標(biāo)建立有限元模型。
[0014] 進一步的，所述步驟(2)包括，按下式計算桿塔、導(dǎo)線和地線承受的風(fēng)壓，確定桿塔 螺栓節(jié)點的松脫位置：
[0015]
[0016] 其中，P表示空氣密度，？表示平均風(fēng)風(fēng)速，U表示脈動風(fēng)風(fēng)速。
[0017] 進一步的，所述脈動風(fēng)的載荷的確定包括：
[001引（1)進行傅立葉變換，確定與達文波特風(fēng)譜對應(yīng)的隨機傅立葉譜函數(shù)表達式；
[0019] (2)編制MATLAB數(shù)值分析程序，生成不同高程的脈動風(fēng)風(fēng)速時程曲線；
[0020] (3)確定不同高度處桿塔和導(dǎo)線、地線的脈動風(fēng)荷載時程。
[0021] 進一步的，步驟(3)包括，根據(jù)下式確定所述螺栓節(jié)點風(fēng)振次數(shù)：
[0022] N=T X 24 X 3600 Xf
[0023] 其中，V為平均風(fēng)速，T為強風(fēng)過程持續(xù)時間，單位為天;脈動風(fēng)荷載的頻率為f = max(f 1，fr)，一階振動頻率f 1通過模態(tài)分析確定，fr = 0.04化為達文波特環(huán)境風(fēng)譜的卓越頻 率。
[0024] 進一步的，所述步驟(4)包括，通過瞬態(tài)動力分析確定強風(fēng)作用下桿塔結(jié)構(gòu)的桿件 軸力時程，并按照受壓桿件的強度和受壓穩(wěn)定計算并校核桿件最大應(yīng)力比。
[0025] 進一步的，所述步驟(5)中，判斷步驟(2)的計算方法中螺栓節(jié)點是否會發(fā)生松脫； 若螺栓發(fā)生松脫導(dǎo)致橫擔(dān)損壞或掉落，不會對相鄰輸電線路的安全性產(chǎn)生影響。
[0026] 進一步的，所述判斷螺栓節(jié)點是否發(fā)生松脫的標(biāo)準(zhǔn)為:平均風(fēng)速為V時，橫擔(dān)螺栓 節(jié)點發(fā)生松脫的振動次數(shù)臨界值為Nv-Iim,若N含Nv-Iim,螺栓節(jié)點不會發(fā)生松脫;若N〉Nv-lim， 螺栓節(jié)點發(fā)生松脫；
[0027] 進一步的，所述步驟(5)中，按下式計算桿塔的截斷點距塔頂?shù)母叨瘸觯?br>[002引 出=H-化
[0029] 其中，出為截斷點距地面的高度，H為桿塔高度；
[0030] 根據(jù)桿塔的有效倒塌高度出，判斷相鄰輸電線路間距離為L情況下，桿塔倒塌的影 響。
[0031] 進一步的，根據(jù)截斷點距塔頂?shù)母叨扰袛郒e與相鄰輸電線路間距離L的關(guān)系判斷 桿塔倒塌對相鄰輸電線路安全性的影響。
[0032] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有W下優(yōu)異效果：
[0033] 1、本發(fā)明提供的評估方法是針對多條超/特高壓線路經(jīng)過同一斷面情況進行安全 評估的，為重要通道輸電線路設(shè)計及運行維護提供參考和依據(jù)，減小建成后強風(fēng)作用下，桿 塔倒塌造成的經(jīng)濟損失。
[0034] 2、本發(fā)明提供的評估方法可依據(jù)實際輸電線路段參數(shù)建立有限元仿真模型，通過 瞬態(tài)動力分析確定強風(fēng)作用下桿塔結(jié)構(gòu)受力特征和倒塌規(guī)律，可考慮強風(fēng)作用下導(dǎo)線、地 線的大變形影響，能夠反映一條輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)破壞對相鄰輸電線路安全性能的影響， 與傳統(tǒng)的輸電線路安全性能評估方法相比，具有更好的適用性和更高的精度。
[0035] 說明書附圖
[0036] 圖I為桿塔節(jié)段高度分布示意圖；
[0037] 圖2為塔線體系有限元模型示意圖；
[0038] 圖3為脈動風(fēng)風(fēng)速時程曲線圖；
[0039] 其中，1-截斷點；2-地線;3-導(dǎo)線;4-懸垂串；5-桿塔。
【具體實施方式】
[0040] 為詳細的介紹本發(fā)明提供的在強風(fēng)作用下輸電線路安全性能的評估方法，W下將 結(jié)合說明書附圖和具體實施例進行說明。
[0041] 在強風(fēng)作用下桿塔結(jié)構(gòu)破壞的原因主要有兩類:一是強風(fēng)持續(xù)作用下桿塔節(jié)點螺 栓松脫進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部或整體發(fā)生破壞，二是強風(fēng)作用下桿塔桿件應(yīng)力超過設(shè)計強度進 而導(dǎo)致桿塔發(fā)生整體倒塌破壞。本發(fā)明將通過建立重要通道輸電線路段機械力學(xué)仿真模 型，分析強風(fēng)作用下桿塔桿件應(yīng)力超限及節(jié)點螺栓松脫導(dǎo)致的桿塔倒塌模式，確定某一條 輸電線路桿塔倒塌對相鄰輸電線路安全性能的影響程度，實現(xiàn)強風(fēng)作用下重要通道輸電線 路安全性能的評估。
[0042] 本發(fā)明提供的評估方法，其包括W下步驟：
[0043] 1.建立重要通道輸電線路塔線體系有限元模型
[0044] 根據(jù)重要通道輸電線路斷面圖和桿塔司令圖，生成導(dǎo)線、地線和桿塔的節(jié)點空間 坐標(biāo);在空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上采用梁單元和桿單元建立桿塔有限元模型，其中塔身主材和橫 擔(dān)主材采用梁單元，塔身斜材和橫擔(dān)斜材采用桿單元，主材與斜材連接方式為較接;采用索 單元建立導(dǎo)線、地線模型，導(dǎo)線、地線在安裝狀態(tài)下的初始幾何構(gòu)型滿足懸鏈線方程;采用 桿單元建立懸垂串模型，懸垂串與導(dǎo)線和桿塔的連接方式為較接。
[0045] 2、確定持續(xù)強風(fēng)作用下桿塔螺栓節(jié)點的松脫位置；
[0046] 確定松脫位置的具體步驟為：
[0047] (1) W達文波特風(fēng)譜為目標(biāo)譜進行傅立葉變換，得到與達文波特風(fēng)譜對應(yīng)的隨機 傅立葉譜函數(shù)表達式；
[004引（2)編制MATLAB數(shù)值分析程序，將達文波特風(fēng)譜通過傅立葉變換生成不同高程的 脈動風(fēng)風(fēng)速時程曲線；
[0049] (3)確定不同高度處桿塔和導(dǎo)、地線的脈動風(fēng)荷載時程。
[0050] 將平均風(fēng)荷載與脈動風(fēng)荷載疊加，W集中荷載的形式施加在桿塔和導(dǎo)線、地線節(jié) 點上。空氣密度為加寸，同時包含平均風(fēng)風(fēng)速y和脈動風(fēng)風(fēng)速U影響的風(fēng)壓計算表達式為：
[0化1 ]
(a)
[0052] W上式計算桿塔所承受的風(fēng)壓。橫擔(dān)是懸垂串與桿塔的連接部位，承受來自導(dǎo)線 的脈動風(fēng)荷載，在強風(fēng)作用下其螺栓節(jié)點最易發(fā)生松動。
[0053] 3.確定持續(xù)強風(fēng)作用下桿塔螺栓節(jié)點的風(fēng)振次數(shù)
[0054] 采用步驟1所列方法建立的重要通道輸電線路塔線體系有限元模型，通過模態(tài)分 析確定桿塔橫擔(dān)的一階振動頻率fi，達文波特環(huán)境風(fēng)