一种覆冰输电线路应力计算方法技术

本发明专利技术提出了一种覆冰输电线路应力计算方法，首先运用已有的输电导线数据或输入相关数据构建悬垂线方程，计算输电导线未变形时的单元长度及总长度；其次用Newton-Raphson迭代法求解基本方程建立输电导线悬垂线模型，运用结构力学方法计算各输电导线单元应力状态；最后计算出覆冰输电导线应力在未来若干小时内的预测值。本发明专利技术的有益效果如下：能够对覆冰输电导线应力进行动态预测，具有精确度高和实时性强的特点，有效解决了低温雨雪冰冻情况下覆冰输电导线应力预测准确性的技术难题，推导出具有较好经济性实用性的覆冰力学模型从而为监测数据的精度优化及直流融冰后导线疲劳损伤评估提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了，首先运用已有的输电导线数据或输入相关数据构建悬垂线方程，计算输电导线未变形时的单元长度及总长度；其次用Newton-Raphson迭代法求解基本方程建立输电导线悬垂线模型，运用结构力学方法计算各输电导线单元应力状态；最后计算出覆冰输电导线应力在未来若干小时内的预测值。本专利技术的有益效果如下：能够对覆冰输电导线应力进行动态预测，具有精确度高和实时性强的特点，有效解决了低温雨雪冰冻情况下覆冰输电导线应力预测准确性的技术难题，推导出具有较好经济性实用性的覆冰力学模型从而为监测数据的精度优化及直流融冰后导线疲劳损伤评估提供理论支撑。【专利说明】-种覆冰输电线路应力计算方法
本专利技术涉及电力系统输电线路覆冰检测
，特别是指一种覆冰输电线路应 力计算方法。
技术介绍
室外输电线路在低温雨雪气象环境下容易覆冰，发生输电导线断线、倒培事故，最 终导致输电系统故障，影响整个电力系统的调度方式、切负荷控制和安全稳定运行，不利于 对用户的可靠供电。 我国是输电线路覆冰情况较严重的国家之一，线路冰害事故发生的概率居世界前 列，严重影响电网的安全稳定运行。例如，2008年1月，我国南方的冰雪灾害超出了气象部 口的预测，再次给国民经济和社会生活带来了巨大损失。受灾人口多达1亿，直接经济损失 超过1100亿元，其中电力系统遭到的损害尤其严重。 处理输电线路覆冰问题的基本原则是W防为主，目前传统覆冰监测系统的基本实 现手段如下：对覆冰的相关参数（如气象参数、绝缘子串拉力和绝缘子倾角等）进行远程实 时测量，然后通过相关公式计算输电线路的覆冰程度，并结合现场图像监测检修情况进行 综合判断。但是由于输电线路所处环境复杂，各种影响因子间相互干扰严重，因此，上述传 统覆冰监测手段并不能精确预测输电线路覆冰状况。 当前导线覆冰预测模型种类繁多，主要有Imai、Lenhart Goodwin、化aine、 Makkone等。由于输电导线覆冰增长过程是非线性的，与周围微气象状况密切相关，W上各 种覆冰预测模型均存在不同程度的误差。因此采用上述任何一种覆冰预测模型得到的系统 监测数据与人工观冰数据均存在偏差，一定程度上阻碍了在线监测系统工作效率的发挥。 总之，输电线路覆冰灾害是影响电力系统安全稳定运行的重点灾害之一，每年因 输电线路覆冰造成的闪络跳间、断线、甚至倒培事故严重影响了电网的安全稳定运行及国 民经济的发展，因此建立一套有效可靠的输电线路覆冰监测系统显的尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提出，解决了现有技术中无法在低温雨雪 气象环境下精确分析和预测覆冰输电导线应力变化情况的问题。 本专利技术的技术方案是该样实现的： ，其方法步骤如下： (1)无自重状态下输电导线单元长度及输电导线总长度的获取：将输电导线的理 想无自重状态取为二次抛物线形状，然后将其划分为多个单元，并获取每个单元节点的横 坐标，然后根据每个单元节点的横坐标计算出每个单元节点的纵坐标，得到每个单元节点 的整体坐标值，根据每个单元节点的整体坐标值计算出无自重状态下输电导线的单元长度 和输电导线的总长度； (2)计算得到自重作用下，每个输电导线单元节点的新坐标值，再由新坐标值计算 得到自重作用下输电导线单元的长度和输电导线的总长度，完成导线的找形分析； (3) W自重状态下输电导线的新单元节点坐标为基础，代入单元刚度矩阵，得到新 的单元刚度矩阵；根据单元定位向量A 6,由输电导线的单元刚度矩阵形成自重状态下总刚 矩阵，即 【权利要求】1. ，其特征在于，其方法步骤如下： (1) 无自重状态下输电导线单元长度及输电导线总长度的获取：将输电导线的理想无 自重状态取为二次抛物线形状，然后将其划分为多个单元，并获取每个单元节点的横坐标， 然后根据每个单元节点的横坐标计算出每个单元节点的纵坐标，得到每个单元节点的整体 坐标值，根据每个单元节点的整体坐标值计算出无自重状态下输电导线的单元长度和输电 导线的总长度； (2) 计算得到自重作用下，每个输电导线单元节点的新坐标值，再由新坐标值计算得到 自重作用下输电导线单元的长度和输电导线的总长度，完成导线的找形分析； (3) 以自重状态下输电导线的新单元节点坐标为基础，代入单元刚度矩阵，得到新的 单元刚度矩阵；根据单元定位向量A%由输电导线的单元刚度矩阵形成自重状态下总刚阵、切线刚度矩阵及非线性基本方程； (4) 计算得到输电导线当前覆冰状态下各个单元节点的坐标值； (5) 下述由公式实时计算出输电导线当前荷载作用下各部位的张力：中：T。指输电导线的拉力，E指输电导线的弹性模量，A指输电导线的横截面面积，指 输电导线单元的形函数矩阵，T指输电导线单元形函数矩阵的转置矩阵，{XN}^指输电 导线单元的最终节点坐标列阵，{XN}a指输电导线单元最终节点坐标列阵的转置矩阵； (6) 由下述公式可求出输电导线在当前覆冰状态下的应力：〇。指输电导线的应力； 通过将上述计算结果与输电导线的力学性能设定值比较，决定是否需要启动除冰程 序。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤（2) 的具体实现方法如下： ①将输电导线视为一维体，以无自重状态下单元长度的中点为原点，取沿输电导 线长方向的无量纲坐标s，得到三节点二次曲线单元的形函数；输电导线单元的应变虚功原理，最终得到输电导线的单元刚度矩阵阵、切线刚度矩阵及非线性基本方程； ② 根据步骤（1)中得到的输电导线无自重状态下单元节点的初始坐标，得到迭代计算 的U(0); ③ 对于第i次迭代，在得到一组{XN}i后，计算出，代入方程 DgMxji-M= {ep，式中：i指第i次迭代时输电导线的刚度矩阵，{XN}i指第i次迭代时输电导线单元节点的位移列阵，{G}指重力荷载列阵，Ieli指误差列； ④ 将步骤③中得到的误差列仏广代入方程（i 指第i次迭代时输电导线的单元刚度矩阵，Dgi指第i次迭代时输电导线系统的几何刚度 矩阵，MXJi指第i次迭代时节点位移调整值列阵； ⑤ 将S(X1Ji代入方程{XN}i+1= {xy+s(XJi，式中：{XN}i指第i次迭代时输电导线单 元节点的位移列阵，S(XJi指第i次迭代时输电导线单元节点的位移调整值列阵，{XN}i+1 指第i+1次迭代时输电导线单元节点的位移列阵；求得的{XN}i+1即为新的{XN};然后再返 回到步骤③，重新开始迭代计算； ⑥ 反复执行步骤①?步骤⑤的迭代过程，直到最大相对校正值满足方程时输电导线单元节点的位移值，SXi指第i次迭代时输电导线单元节点的位移调整值，X1G{XN}，5X1G5{XJ。3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤（4) 的具体实现方法如下： ① 取输电导线的自重状态为初始状态，根据步骤（2)得到的自重状态下输电导线单元 节点的新坐标值，得到迭代计算的u(tl); ② 对于第i次迭代，在得到一组（XJi后，由此计算出，代入方程[KJUX1J = {eT，式中JKJi指第i次迭代时输电导线的刚度矩阵，{G}指重力荷载 列阵，{Q}指分布荷载列阵，{R}指节点集中力列阵，Wi指误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种覆冰输电线路应力计算方法，其特征在于，其方法步骤如下：(1)无自重状态下输电导线单元长度及输电导线总长度的获取：将输电导线的理想无自重状态取为二次抛物线形状，然后将其划分为多个单元，并获取每个单元节点的横坐标，然后根据每个单元节点的横坐标计算出每个单元节点的纵坐标，得到每个单元节点的整体坐标值，根据每个单元节点的整体坐标值计算出无自重状态下输电导线的单元长度和输电导线的总长度；(2)计算得到自重作用下，每个输电导线单元节点的新坐标值，再由新坐标值计算得到自重作用下输电导线单元的长度和输电导线的总长度，完成导线的找形分析；(3)以自重状态下输电导线的新单元节点坐标为基础，代入单元刚度矩阵，得到新的单元刚度矩阵；根据单元定位向量λe，由输电导线的单元刚度矩阵形成自重状态下总刚矩阵，即根据自重状态下输电导线的新单元节点坐标，得到载荷列阵、切线刚度矩阵及非线性基本方程；(4)计算得到输电导线当前覆冰状态下各个单元节点的坐标值；(5)下述由公式实时计算出输电导线当前荷载作用下各部位的张力：Tc=12EA{XN}cT[Nc′]T[Nc′]{XN}c({XN}cT[Nc′]T[Nc′]{XN}c-1),]]>式中：Tc指输电导线的拉力，E指输电导线的弹性模量，A指输电导线的横截面面积，[N′c]指输电导线单元的形函数矩阵，[N′c]T指输电导线单元形函数矩阵的转置矩阵，{XN}c指输电导线单元的最终节点坐标列阵，{XN}cT指输电导线单元最终节点坐标列阵的转置矩阵；(6)由下述公式可求出输电导线在当前覆冰状态下的应力：σc=12E{XN}cT[Nc′]T[Nc′]{XN}c({XN}cT[Nc′]T[Nc′][XN]c-1),]]>式中：σc指输电导线的应力；通过将上述计算结果与输电导线的力学性能设定值比较，决定是否需要启动除冰程序。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王闸，孙鹏，聂鼎，陈娟，杨迎春，郑欣，
申请(专利权)人：云南电力试验研究院集团有限公司电力研究院，云南电网公司技术分公司，
类型：发明
国别省市：云南;53