基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，按照以下步骤进行：设定输电线路研究对象，采用刚性直棒法计算绝缘子串的风偏角度值；根据架空输电线路规范，建立杆塔与绝缘子串连接结构，并选定该连接结构涉及的随机变量，根据随机变量确定与随机变量对应的分布函数；建立与连接机构对应的几何关系；建立带随机变量的绝缘子串风偏失效功能函数；使用蒙塔卡洛方法计算绝缘子串风偏可靠度。有益效果：可靠性好，计算过程简单，能满足现有技术的要求。

Calculation method of nonlinear wind deflection reliability of insulator strings based on Monte Carlo method

The invention discloses a calculation method based on the nonlinear wind bias reliability of the Monte Carlo insulator string, according to the following steps: setting the research object of the transmission line, using the rigid bar method to calculate the wind deviation angle value of the insulator string, and setting up the connection structure of the rod tower and insulator string according to the overhead transmission line specification, and choosing the selection of the connection structure of the rod tower and the insulator string. The random variable is involved in the connection structure, and the distribution function corresponding to the random variable is determined according to the random variable; the geometric relation corresponding to the connecting mechanism is established; the function function of the windage deviation function of the insulator string with random variables is set up; the reliability of the insulator bias is calculated by using the Montague Carlo method. Beneficial effects: good reliability, simple calculation process, and can meet the requirements of the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法
本专利技术涉及输电线路领域，具体的说是一种基于蒙特卡洛方法的绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法。
技术介绍
在风荷载作用下，架空输电线路的绝缘子串及其悬挂的输电导线将产生不同周期的风偏摇摆。在摇摆过程中，如果带电体部分与杆塔之间的距离小于容许的电气间隙，则在输电线与杆塔之间将发生放电现象，即发生风偏闪络事故。绝缘子串风偏闪络会严重威胁电网系统的正常运行，并造成巨大的经济损失和社会影响。国内架空高压输电线路的风偏角计算中，通常将绝缘子串简化为刚性杆或弦多边形，在设计平均风速下采用静力学方法计算绝缘子串的风偏角。工程实际中也都沿用这两种方法，并据此对风偏事故的原因进行分析。对此，已有专家和学者对我国的设计规程中风偏角的计算不考虑风荷载动力效应提出了置疑。因此，人们开始使用有限元法模拟研究了在随机脉动风作用下绝缘子串的动态风偏响应。此后，国内外许多学者都在利用有限元软件建立绝缘子串－导线耦合的多体模型，并通过谐波叠加法模拟出考虑了脉动风空间相关性以及风速沿高度变化的随机脉动风场，最后分析出了不同档距、高差、设计风速等参数变化的情况下的风偏响应。然而有限元模型建立复杂，对于相邻杆塔与计算杆塔之间高差较小的情况，若采用有限元建立模型，过程繁琐，并且对于输电线路，每相邻杆塔的结构都不相同，若均采用有限元建立模型浪费时间，工作人员工作效率低，故有必要提出一种简单的方法，来计算当相邻杆塔与计算杆塔之间高差较小时，绝缘子串非线性风偏可靠度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于蒙特卡洛方法的绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，该方法考虑风荷载动力效应，采用刚性直棒法对风偏角度值进行计算，进而确定绝缘子串风偏可靠度。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，其关键在于按照以下步骤进行：S1：设定输电线路研究对象，根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，采用刚性直棒法计算绝缘子串的风偏角度值；S2：根据架空输电线路规范，建立杆塔与绝缘子串连接结构，并选定该连接结构涉及的随机变量，根据随机变量确定与随机变量对应的分布函数；S3：根据步骤S2搭建连接结构和随机变量，建立与连接机构对应的几何关系；S4：根据步骤S3的几何关系和步骤S1的风偏角度值，建立带随机变量的绝缘子串风偏失效功能函数；S5：根据随机变量、随机变量的分布函数以及绝缘子串风偏失效功能函数，使用蒙塔卡洛方法计算绝缘子串风偏可靠度。通过上述设计，当相邻杆塔与计算杆塔之间高差较小时，采用刚性直棒法对风偏角度值进行计算，考虑绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载等影响因素，并结合蒙塔卡洛方法，计算绝缘子串风偏可靠度，可靠性好，计算过程简单，能满足现有技术的要求。进一步的，步骤S1的内容为：根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，计算绝缘子串的风偏角度值公式为：公式(1)中：Gh是绝缘子串所受风荷载：Gh＝W0μzA1；Gv是绝缘子串的重力荷载：Gv＝p2l；Wv是导线的重力荷载：Wh是导线所受的风荷载：Wh＝αW0μzμscβcdLpsin2θ；其中，α为风压不均匀系数；W0为基本风压标准值；μz为风压高度变化系数；μsc为导线体型系数；βc为风荷载调整系数；d为导线的外径；Lp是荷载节点所代表的导线跨度；p1、p2分别为导线和绝缘子串单位长度上的重力荷载；l1、l2分别为杆塔两侧的左右档距；h1、h2、分别为杆塔两侧导线挂点相对中间挂点的左右高差；T为导线张力；A1为绝缘子串承受风压的面积；l为绝缘子串长度。采用上述方案，通过用刚性直棒法，计算风偏角，考虑了风荷载动力效应。计算中取风压不均匀系数α等于1.0。其他所有参数的取值完全按照GB50545-2010《110kV-750kV架空输电线路设计规范》的规定取值。再进一步描述，所述随机变量变量包括：风速、导线自重、绝缘子串长度、档距、绝缘子串自重、空气间隙圆半径、导线张力、相邻杆塔与计算杆塔之间高差、导线外径、绝缘子串外径。其中，随机变量的分布函数和参数见表1。由于风速的统计分布差异性较大，本文从中国气象资料共享网站中下载了计算输电线路所在地区近50年来的年最大风速资料，并按照GB50009-2012《建筑结构荷载规范》和GB50545-2010《110kV-750kV架空输电线路设计规范》的规定计算了风速的统计参数。由于计算输电线路的高差很小，导线张力对风偏角的影响很小，于是假定张力和高差均为定值。表1设计随机变量的统计参数设计随机变量均值变异系数分布类型风速v(m/s2)23.6350.205极值Ⅰ型导线自重p1(N/m)10.8050.07正态绝缘子串长度l(m)6.8320.05正态档距LP(m)5500.05正态绝缘子串自重p2(N/m)1776.20.07正态空气间隙圆半径r(m)3.7-定值导线张力T(N)55393-定值高差(m)3.353-定值导线外径(mm)32.40.05正态绝缘子串外径(mm)3600.05正态再进一步描述，步骤S5使用蒙塔卡洛方法计算绝缘子串风偏可靠度的具体内容为：S51：对选定的随机变量进行编号，1，2，3…I；并确定每个随机变量的分布函数S52：采用乘同余法在MATLAB中生成N个在区间(0～1)内的均匀分布的随机数rij；S53：将随机数rij带入分布函数中，得到随机抽样值S54：将步骤S53得到的随机抽样值代入绝缘子串风偏失效功能函数Z中，并统计，当Z＜0时，绝缘子串风偏失效的个数n；S55：根据公式得到绝缘子串风偏失效概率pf；S56：通过公式β＝-Φ-1(pf)计算绝缘子串风偏可靠度指标，其中：Φ-1(·)代表标准正态分布的反函数，pf代表失效概率，β代表可靠度指标。本专利技术的有益效果：适用于相邻杆塔与计算杆塔之间高差较小的情况，采用刚性直棒法对风偏角度值进行计算，考虑绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载等影响因素，并结合蒙塔卡洛方法，计算绝缘子串风偏可靠度，可靠性好，计算过程简单，能满足现有技术的要求。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术的杆塔与悬垂绝缘子串示意图；图3是研究对象模拟示意图；图4是图3中1号挂点处的风速时程示意图；图5是模拟点湍流强度与B类地貌湍流强度对比示意图；图6是特征点处功率谱与目标功率谱对比示意图；图7是风速均值与风偏可靠度指标的关系曲线图；图8是导线自重均值与风偏可靠度指标的关系曲线图；图9是导线外径均值与风偏可靠度指标的关系曲线图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。通过图1可以看出，一种基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，其特征在于按照以下步骤进行：S1：设定输电线路研究对象，根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，采用刚性直棒法计算绝缘子串的风偏角度值；其中，计算绝缘子串的风偏角度值公式为：在上述公式中：Gh是绝缘子串所受风荷载：Gh＝W0μzA1；Gv是绝缘子串的重力荷载：Gv＝p2l；Wv是导线的重力荷载：Wh是导线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，其特征在于按照以下步骤进行：S1：设定输电线路研究对象，根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，采用刚性直棒法计算绝缘子串的风偏角度值；S2：根据架空输电线路规范，建立杆塔与绝缘子串连接结构，并选定该连接结构涉及的随机变量，根据随机变量确定与随机变量对应的分布函数；S3：根据步骤S2搭建连接结构和随机变量，建立与连接机构对应的几何关系；S4：根据步骤S3的几何关系和步骤S1的风偏角度值，建立带随机变量的绝缘子串风偏失效功能函数；S5：根据随机变量、随机变量的分布函数以及绝缘子串风偏失效功能函数，使用蒙塔卡洛方法计算绝缘子串风偏可靠度。

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡洛绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，其特征在于按照以下步骤进行：S1：设定输电线路研究对象，根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，采用刚性直棒法计算绝缘子串的风偏角度值；S2：根据架空输电线路规范，建立杆塔与绝缘子串连接结构，并选定该连接结构涉及的随机变量，根据随机变量确定与随机变量对应的分布函数；S3：根据步骤S2搭建连接结构和随机变量，建立与连接机构对应的几何关系；S4：根据步骤S3的几何关系和步骤S1的风偏角度值，建立带随机变量的绝缘子串风偏失效功能函数；S5：根据随机变量、随机变量的分布函数以及绝缘子串风偏失效功能函数，使用蒙塔卡洛方法计算绝缘子串风偏可靠度。2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的绝缘子串非线性风偏可靠度计算方法，其特征在于步骤S1的内容为：根据绝缘子串所受的风荷载、重力荷载、导线的重力荷载、导线所受的风荷载，计算绝缘子串的风偏角度值公式为：公式(1)中：Gh是绝缘子串所受风荷载：Gh＝W0μzA1；Gv是绝缘子串的重力荷载：Gv＝p2l；Wv是导线的重力荷载：Wh是导线所受的风荷载：Wh＝αW0μzμscβcdLpsin2θ；其中，α为风压不均匀系数；W0为基本风压标准值；μz为风压高度变化系数；μsc为导线体型系数；βc为...

【专利技术属性】
技术研发人员：游溢，何成，晏致涛，程唯，钟永力，王灵芝，王欣欣，赵建平，刘阳，崔晓东，徐凯，李勇杰，马勤勇，李伟，刘欣鹏，庄文兵，王建，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司电力科学研究院，重庆大学，重庆科技学院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65