一種強風作用下輸電線路安全性能的評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及輸電線路安全性能評估技術領域，具體講設及一種強風作用下輸電線 路安全性能的評估方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電網建設尤其是特高壓交直流電網建設的逐步推進，重要輸電通道占整個電 網的比例逐年提高，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作用下 一旦發(fā)生機械破壞，將造成重大經濟損失和社會影響，嚴重影響國民經濟和人民生活。
[0003] 桿塔作為架空輸電線路的支撐結構，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。桿塔結構一旦發(fā)生機械損 傷或破壞，相對于風偏跳閩、覆冰閃絡等電氣事故而言，其修復難度大、成本高，且一般不能 迅速恢復供電。對于狹窄斷面內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生影響，甚至導致連續(xù)倒塔。分析重要輸 電通道內桿塔發(fā)生災害時的相互影響規(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害的風險分級標準和預防措施，對于建立多層次、全方位的 桿塔災害預警和預防機制，實現(xiàn)重要輸電通道安全預警、提升電網防災能力具有重要意義。
[0004] 目前還沒有針對多條超/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全評估的方法，尤 其是強風作用下桿塔結構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計及運行維護提供參考和依 據。
[0005] 為滿足現(xiàn)有技術的發(fā)展，克服現(xiàn)有技術的缺陷，需要提供一種強風作用下輸電線 路安全性能的評估方法。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了針對多條超/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全評估，本發(fā)明提供一種 強風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)點的風振次數；
[0011] (4)分析桿塔桿件的應力特征；
[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，根據輸電線路斷面圖和桿塔司令圖，生成 的導線、地線和桿塔的節(jié)點空間坐標建立有限元模型。
[0014] 進一步的，所述步驟(2)包括，按下式計算桿塔、導線和地線承受的風壓，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，？表示平均風風速，U表示脈動風風速。
[0017] 進一步的，所述脈動風的載荷的確定包括：
[001引（1)進行傅立葉變換，確定與達文波特風譜對應的隨機傅立葉譜函數表達式；
[0019] (2)編制MATLAB數值分析程序，生成不同高程的脈動風風速時程曲線；
[0020] (3)確定不同高度處桿塔和導線、地線的脈動風荷載時程。
[0021] 進一步的，步驟(3)包括，根據下式確定所述螺栓節(jié)點風振次數：
[0022] N=T X 24 X 3600 Xf
[0023] 其中，V為平均風速，T為強風過程持續(xù)時間，單位為天;脈動風荷載的頻率為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)動力分析確定強風作用下桿塔結構的桿件 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)生松脫導致橫擔損壞或掉落，不會對相鄰輸電線路的安全性產生影響。
[0026] 進一步的，所述判斷螺栓節(jié)點是否發(fā)生松脫的標準為:平均風速為V時，橫擔螺栓 節(jié)點發(fā)生松脫的振動次數臨界值為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的高度出：
[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，根據截斷點距塔頂的高度判斷He與相鄰輸電線路間距離L的關系判斷 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/特高壓線路經過同一斷面情況進行安全 評估的，為重要通道輸電線路設計及運行維護提供參考和依據，減小建成后強風作用下，桿 塔倒塌造成的經濟損失。
[0034] 2、本發(fā)明提供的評估方法可依據實際輸電線路段參數建立有限元仿真模型，通過 瞬態(tài)動力分析確定強風作用下桿塔結構受力特征和倒塌規(guī)律，可考慮強風作用下導線、地 線的大變形影響，能夠反映一條輸電線路桿塔結構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為脈動風風速時程曲線圖；
[0039] 其中，1-截斷點；2-地線;3-導線;4-懸垂串；5-桿塔。
【具體實施方式】
[0040] 為詳細的介紹本發(fā)明提供的在強風作用下輸電線路安全性能的評估方法，W下將 結合說明書附圖和具體實施例進行說明。
[0041] 在強風作用下桿塔結構破壞的原因主要有兩類:一是強風持續(xù)作用下桿塔節(jié)點螺 栓松脫進而導致結構局部或整體發(fā)生破壞，二是強風作用下桿塔桿件應力超過設計強度進 而導致桿塔發(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仿真模 型，分析強風作用下桿塔桿件應力超限及節(jié)點螺栓松脫導致的桿塔倒塌模式，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] 根據重要通道輸電線路斷面圖和桿塔司令圖，生成導線、地線和桿塔的節(jié)點空間 坐標;在空間坐標的基礎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 擔主材采用梁單元，塔身斜材和橫擔斜材采用桿單元，主材與斜材連接方式為較接;采用索 單元建立導線、地線模型，導線、地線在安裝狀態(tài)下的初始幾何構型滿足懸鏈線方程;采用 桿單元建立懸垂串模型，懸垂串與導線和桿塔的連接方式為較接。
[0045] 2、確定持續(xù)強風作用下桿塔螺栓節(jié)點的松脫位置；
[0046] 確定松脫位置的具體步驟為：
[0047] (1) W達文波特風譜為目標譜進行傅立葉變換，得到與達文波特風譜對應的隨機 傅立葉譜函數表達式；
[004引（2)編制MATLAB數值分析程序，將達文波特風譜通過傅立葉變換生成不同高程的 脈動風風速時程曲線；
[0049] (3)確定不同高度處桿塔和導、地線的脈動風荷載時程。
[0050] 將平均風荷載與脈動風荷載疊加，W集中荷載的形式施加在桿塔和導線、地線節(jié) 點上。空氣密度為加寸，同時包含平均風風速y和脈動風風速U影響的風壓計算表達式為：
[0化1 ]
(a)
[0052] W上式計算桿塔所承受的風壓。橫擔是懸垂串與桿塔的連接部位，承受來自導線 的脈動風荷載，在強風作用下其螺栓節(jié)點最易發(fā)生松動。
[0053] 3.確定持續(xù)強風作用下桿塔螺栓節(jié)點的風振次數
[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 析確定桿塔橫擔的一階振動頻率fi，達文波特環(huán)境風