運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法，運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場模擬考慮了豎向風(fēng)速，并同步考慮了空間相關(guān)性和脈動效應(yīng)；確定風(fēng)荷載時(shí)引入了瞬態(tài)風(fēng)攻角及相應(yīng)的分裂導(dǎo)線氣動力系數(shù)，在時(shí)域上考慮了風(fēng)速的大小和方向的改變；風(fēng)偏角的分析過程中考慮了由于荷載不對稱引起的沿線路方向的位移，并對極端風(fēng)荷載情況下部分輸電線路的最大風(fēng)偏角進(jìn)行計(jì)算，指導(dǎo)輸電線路防風(fēng)措施的設(shè)計(jì)工作，提高輸電線路的供電可靠性。
【專利說明】運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸電線路規(guī)劃，尤其涉及一種運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于輸電線路輸電能力的高要求標(biāo)準(zhǔn)，輸電線路的電壓等級逐漸提高，以實(shí)現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離供電，從而使得輸電線路跨度迅速增大，所以，輸電線路對風(fēng)荷載更為敏感，遭遇較為罕見的極端風(fēng)荷載的可能性增大。近年來，由于局部短時(shí)強(qiáng)風(fēng)的作用，引起輸電線路風(fēng)偏位移過大，從而導(dǎo)致閃絡(luò)放電事故的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。雷暴風(fēng)是一種典型的短時(shí)瞬態(tài)強(qiáng)風(fēng)，雷暴風(fēng)的產(chǎn)生是由于雷暴天氣中產(chǎn)生的強(qiáng)烈下沉氣流猛烈撞擊地面，隨后由撞擊點(diǎn)向四周沿地表擴(kuò)散傳播的一種極端風(fēng)荷載現(xiàn)象。當(dāng)這種氣流(即雷暴風(fēng))沿某一路徑運(yùn)動時(shí)，會產(chǎn)生隨空間位置顯著變化的非穩(wěn)態(tài)三維風(fēng)場；由于雷暴風(fēng)在近地面產(chǎn)生極高的風(fēng)速，所以，會對輸電線路造成極大的破壞。
[0003]目前國際上關(guān)于運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下的輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)響應(yīng)的計(jì)算方法尚不成熟，國內(nèi)基本處于空白階段。以往研究中輸電線路的最大風(fēng)偏角一般采用單擺模型通過靜力計(jì)算近似確定，并未涉及到包括雷暴風(fēng)在內(nèi)的極端風(fēng)荷載情況下最大風(fēng)偏角的驗(yàn)算工作，而對于處于雷暴風(fēng)多發(fā)地段的輸電線路，極端風(fēng)荷載的影響不容忽略，因此有必要對輸電線路在運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下的風(fēng)偏響應(yīng)進(jìn)行深入研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法，能夠?qū)赡馨l(fā)生閃絡(luò)放電事故的位置進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法，包括以下步驟:
[0007]A:從剛度、分裂子導(dǎo)線橫截面積和表面特性的角度，根據(jù)等效原理，制作分裂子導(dǎo)線的剛性模型，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室模擬某種特定的湍流度和基準(zhǔn)風(fēng)速的均勻流風(fēng)場，對分裂子導(dǎo)線的剛性模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，得到對應(yīng)于每根分裂子導(dǎo)線的氣動力系數(shù)隨風(fēng)攻角α變化規(guī)律CD(a)；
[0008]B:構(gòu)建三維靜態(tài)雷暴風(fēng)平均風(fēng)場模型，得出三維靜態(tài)雷暴風(fēng)平均風(fēng)場作用下任一點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速u(z, r)和豎向平均風(fēng)速w(z, r)；
[0009]其中，z為輸電線路相對地面聞度，r為雷暴風(fēng)風(fēng)場中各點(diǎn)與雷暴風(fēng)射流中心(風(fēng)目艮)的距離，u為水平徑向平均風(fēng)速，w為豎向平均風(fēng)速；
[0010]C:由于運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中各點(diǎn)與雷暴風(fēng)射流中心的距離r為時(shí)間t的函數(shù)，所以運(yùn)動雷暴風(fēng)平均風(fēng)場具有時(shí)變性，根據(jù)步驟B得出，運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速為u(z, r(t)),豎向平均風(fēng)速為w(z, r(t))；
[0011]其中，r(t)與運(yùn)動雷暴風(fēng)的初始位置、運(yùn)動路徑和風(fēng)場移動速度相關(guān)。[0012]D:將運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速u(z，r(t))和豎向平均風(fēng)速w(z，r(t))分別進(jìn)行矢量合成，首先，水平徑向平均風(fēng)速t7(z,r(/))和運(yùn)動雷暴風(fēng)的
移動速度⑴)進(jìn)行矢量合成得到運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向合成平
均風(fēng)速^/(Ar(O);其次，豎向合成平均風(fēng)速Wf(z，r(t)) =w(z,r(t));再通過諧波疊加
法和快速傅里葉變換得到運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場的水平徑向脈動風(fēng)速Rz,r(0)和豎向脈動風(fēng)速
w(z,r(0)；
[0013]E:結(jié)合輸電線路的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)動雷暴風(fēng)的運(yùn)動軌跡，將水平徑向平均風(fēng)速u(z，r(t))和水平徑向脈動風(fēng)速/''(〖))、豎向平均風(fēng)速w(z, r (t))和豎向脈動風(fēng)速
A(z,r(0)分別疊加，得到運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路各點(diǎn)的水平徑向風(fēng)速U(z，r(t))和
豎向風(fēng)速W(z，r (t));對于輸電線路的風(fēng)偏，水平方向上起決定作用的是垂直線路方向的風(fēng)荷載diU(z，r(t))進(jìn)行投影可得到輸電線路各點(diǎn)水平合成風(fēng)速與導(dǎo)線垂直的法向分量Ux(z, r ⑴)；
[0014]F:結(jié)合上述步驟得到的各項(xiàng)參數(shù)，可求得運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路各點(diǎn)的瞬態(tài)風(fēng)速
【權(quán)利要求】
1.一種運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路風(fēng)偏瞬態(tài)分析方法，其特征在于:包括以下步驟: A:從剛度、分裂子導(dǎo)線橫截面積和表面特性的角度，根據(jù)等效原理，制作分裂子導(dǎo)線的剛性模型，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室模擬某種特定的湍流度和基準(zhǔn)風(fēng)速的均勻流風(fēng)場，對分裂子導(dǎo)線的剛性模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，得到對應(yīng)于每根分裂子導(dǎo)線的氣動力系數(shù)隨風(fēng)攻角α變化規(guī)律 CD(a)； B:構(gòu)建三維靜態(tài)雷暴風(fēng)平均風(fēng)場模型，得出三維靜態(tài)雷暴風(fēng)平均風(fēng)場作用下任一點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速u (z, r)和豎向平均風(fēng)速w(z, r)； 其中，z為輸電線路相對地面高度，r為雷暴風(fēng)風(fēng)場中各點(diǎn)與雷暴風(fēng)射流中心(風(fēng)眼)的距離，u為水平徑向平均風(fēng)速，w為豎向平均風(fēng)速； C:由于運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中各點(diǎn)與雷暴風(fēng)射流中心的距離r為時(shí)間t的函數(shù)，所以運(yùn)動雷暴風(fēng)平均風(fēng)場具有時(shí)變性，根據(jù)步驟B得出，運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速為u(z, r(t)),豎向平均風(fēng)速為w(z, r(t))； 其中，r(t)與運(yùn)動雷暴風(fēng)的初始位置、運(yùn)動路徑和風(fēng)場移動速度相關(guān)。 D:將運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向平均風(fēng)速u(z，r(t))和豎向平均風(fēng)速W(z，r(t))分別進(jìn)行矢量合成，首先，水平徑向平均風(fēng)速f(z，r(0)和運(yùn)動雷暴風(fēng)的移動速度0(￡.,r(?))進(jìn)行矢量合成得到運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場中輸電線路各點(diǎn)的水平徑向合成平均風(fēng)速?/(ζ，r(0) ?，其次,豎向合成平均風(fēng)速Wf (z, r(t)) = w(z, r (t));再通過諧波疊加法和快速傅里葉變換得到運(yùn)動雷暴風(fēng)風(fēng)場的水平徑向脈動風(fēng)速?(ζ,r(/))和豎向脈動風(fēng)速w(z, r(t)).E:結(jié)合輸電線路的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)動雷暴風(fēng)的運(yùn)動軌跡，將水平徑向平均風(fēng)速u(z，r(t))和水平徑向脈動風(fēng)速、豎向平均風(fēng)速w(z, r (t))和豎向脈動風(fēng)速A(Z,K/))分別疊加，得到運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路各點(diǎn)的水平徑向風(fēng)速U(z，r(t))和豎向風(fēng)速W(z，r(t));對于輸電線路的風(fēng)偏，水平方向上起決定作用的是垂直線路方向的風(fēng)荷載diU(z，r(t))進(jìn)行投影可得到輸電線路各點(diǎn)水平合成風(fēng)速與導(dǎo)線垂直的法向分量Ux(z, r ⑴)； F:結(jié)合上述步驟得到的各項(xiàng)參數(shù)，可求得運(yùn)動雷暴風(fēng)作用下輸電線路各點(diǎn)的瞬態(tài)風(fēng)速
【文檔編號】H02G1/00GK103683086SQ201310692988
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】閻東, 呂中賓, 盧明, 張少鋒, 謝凱, 蒲兵艦, 楊曉輝, 王吉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院