一种配电线路电杆防风等级的计算方法技术

一种配电线路电杆防风等级的计算方法，所述方法结合导线架线方式和电杆填埋情况，建立电杆填埋根部的受力模型，以此为基础计算出电杆防风等级。所述电杆填埋根部的受力模型包括导线在风力作用下的对电杆的水平拉力F1、电杆本身受风力F2和电杆根部所受的弯矩M。所述电杆防风等级计算，包括电杆最大防风等级

A Method for Calculating Wind-proof Grade of Poles in Distribution Lines

【技术实现步骤摘要】
一种配电线路电杆防风等级的计算方法
本专利技术涉及一种配电线路电杆防风等级的计算方法，属电力配电设备

技术介绍
随着近年来全球气象的变化，我国异常天气呈现增多的趋势，局地异常天气、极端微气象导致的强对流、大风等自然灾害发生频次增多，多次导致配电线路倒杆、断杆，给配电网的安全稳定运行带来了严重损害。现有阶段，配电线路工程设计中，选择的电杆所基于的前提的是所在地区的常见气象条件，因此，常常发生极端天气下的风速超出配电线路电杆设计耐受风力。在大部分情况下，由于缺乏极端天气来临之前的预防性措施，配电线路发生倒杆、断杆后进行运维检修，对电杆进行更换处理，停电时间长，损失更大。由于气象预报的进步，大部分情况下，可以提前2天以上的时间准确地预测到极端天气的发生，但由于配电线路电杆防风等级缺乏有效的计算方法，运维人员无法准确判别电杆的防风水平，限制了相关人员有效采取加拉线、固定底盘等预防措施。
技术实现思路
本专利技术的目的是，根据配电线路电杆防风等级缺乏有效的计算方法，导致运维人员无法准确判别电杆的防风水平，无法对电杆采取有效的防风措施等问题，本专利技术提出一种配电线路电杆防风等级的计算方法。本专利技术实现的技术方案如下，一种配电线路电杆防风等级的计算方法，所述方法综合配电线路电杆和导线的相关信息，结合导线架线方式和电杆填埋情况，建立电杆填埋根部的受力模型，以此为基础计算出电杆防风等级。所述电杆填埋根部的受力模型包括导线在风力作用下的对电杆的水平拉力、电杆本身受风力和电杆根部所受的弯矩；所述导线在风力作用下的对电杆的水平拉力为F1，其计算式为：F1＝NγνS(L1+L2)/2式中，N为电杆上导线数量；γv为单根导线所受水平应力，Pa/m；S为架空导线的截面积，m2；L1、L2分别为电杆两侧的水平档距，m；γv为单根导线所受水平应力：式中，af为风速不均匀系数，风速v不大于20m/s时取1.0，风速v大于20m/s时取1.1；d为架空导线外径，m；c为风载体型系数，架空导线外径d小于17mm时取1.2，大于17mm取1.1；Wc＝0.6128v2为理论风压，Pa；S为架空导线的截面积，m2；θ为风向与线路方向夹角；所述电杆本身受风力为F2，其计算式为：式中：Wc＝0.6128v2为理论风压，Pa；h为电杆地面上部高度，m；D1为电杆梢径，D2为电杆根部直径，m；D2与电杆的填埋深度有关，其计算公式为：式中，D为电杆最底部直径，m；h为电杆地面上部高度，m；h1为电杆的填埋深度，m；所述电杆根部所受的弯矩M为：M＝F1l1+F2l2式中：l1为架空导线的等效作用点与电杆根部的距离，m；l2为电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离，m。所述电杆防风等级计算方法如下：对于每一电杆，均有电杆根部弯矩设计值Ms，在某一风速vmax下，风力对电杆本身和导线的作用力共同作用产生的对电杆根部的弯矩超过电杆弯矩的设计值时，电杆有被折断的风险，该风速vmax就是电杆的最大防风等级；电杆最大防风等级vmax为：式中，Ms为电杆根部弯矩设计值，N·m；N为电杆上导线数量；L1、L2分别为电杆两侧的水平档距，m；af为风速不均匀系数，风速v不大于20m/s时取1.0，20m/s～30m/s时取0.85，30m/s～35m/s时取0.75，35m/s以上时取0.7；d为架空导线外径，m；c为风载体型系数，架空导线外径d小于17mm时取1.2，大于17mm取1.1；h为电杆地面上部高度，m；D1为电杆梢径，m；D2为电杆根部直径，m；l1为架空导线的等效作用点与根部的距离，m；l2为电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离，m。所述电杆根部弯矩设计值Ms为：Ms≥F1maxl1+F2l2式中，F1max为某风速下导线所受水平应力γv为达到最大值时的风力作用下的对电杆的水平拉力。所述电杆根部直径D2的计算式如下：式中，D为电杆最底部直径，m；h为电杆地面上部高度，m；h1为电杆的填埋深度，m。所述架空导线的等效作用点与根部的距离l1的计算方法如下：电杆上架设N根导线，各导线的固定点沿电杆中线与电杆根部的距离分别为a1、a2、…、aN，则等效作用点与电杆根部的距离l1为：式中，N为电杆上导线数量；ai为第i根导线固定点沿电杆中线与电杆根部的距离，m。所述电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离l2的计算方法如下：电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离l2所在位置，为电杆各部分所受风力等效作用点，计算公式为：式中：F2为电杆本身受风力，N；Wc＝0.6128v2为理论风压，Pa；h为电杆地面上部高度，m；D1为电杆梢径，m；D2为电杆根部直径，m；对上面公式进行求算可得：将代入上式，可得电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离l2为：式中：D为电杆最底部直径，m；D1为电杆梢径，m；h为电杆地面上部高度，m；h1为电杆的填埋深度，m。本专利技术的有益效果是，本专利技术综合配电线路电杆和导线的相关信息，结合导线架线方式和电杆填埋情况，建立电杆的填埋根部的受力模型，以此为基础计算出各类电杆防风等级。本专利技术通过计算各类电杆防风等级，能指导相关运维人员在预计到超出配电线路防风等级的风力极端天气到来之前，采取针对性的预防措施，增加配电线路的防风水平，尽可能减小极端天气对配电网的不利影响。本专利技术提出的电杆防风等级的计算方法，可根据不同电杆参数、电杆填埋方式、架设导线数量及排布方式等信息，计算不同种类导线型号在不同档距下的承受风力大小，形成可查询的表格，为现场运维人员提供便捷准确的极端天气应对预案。附图说明图1为电杆及导线所受风力弯矩示意图；图2为电杆上三根导线架设示意图；图3为电杆本身所受风力作用点示意图；图中，l1为架空导线的等效作用点与根部的距离；l2为电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离；F1为导线在风力作用下的对电杆的水平拉力；F2为电杆本身受风力。具体实施方式本专利技术具体实施方式如附图所示。本实施例分别对配电线路电杆的防风等级计算、电杆根部直径D2的计算、架空导线的等效作用点与电杆根部的距离l1的计算、电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离l2的计算进行进一步说明，并在上述计算公式基础上，编制电杆防风等级查询表格。1、配电线路电杆的防风等级计算配电线路电杆承载着配电导线，负担着电杆自身及其所载导线的重力，在无风状态下，导线和电杆均受竖直向下的重力作用，电杆保持竖直状态，导线悬挂在两侧的电杆上，以一弧垂的形态，位于竖直平面内。在风力作用下，电杆和导线会受到垂直于导线走向方向的水平合力，在该水平力的作用下，电杆会受到以电杆根部为支点的弯矩，如图1所示。在风力作用下，配电线路电杆根部所受的弯矩由两个力共同作用，即导线在风力作用下的对电杆的水平拉力F1和电杆本身受风力F2。导线在风速为v的风力作用下的对电杆的水平拉力F1为：F1＝NγνS(L1+L2)/2(1)式中：N为电杆上导线数量；γv为单根导线所受水平应力，Pa/m；S为架空导线的截面积，m2；L1、L2分别为电杆两侧的水平档距，m。其中，单根导线所受水平应力γv为式中，af为风速不均匀系数，风速v不大于20m/s时取1.0，风速v大于20m/s时取1.1；d为架空导线外径，m；c为风载体型系数，架空导线外径d小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电线路电杆防风等级的计算方法，其特征在于，所述方法综合配电线路电杆和导线的相关信息，结合导线架线方式和电杆填埋情况，建立电杆填埋根部的受力模型，以此为基础计算出电杆防风等级。

【技术特征摘要】
1.一种配电线路电杆防风等级的计算方法，其特征在于，所述方法综合配电线路电杆和导线的相关信息，结合导线架线方式和电杆填埋情况，建立电杆填埋根部的受力模型，以此为基础计算出电杆防风等级。2.根据权利要求1所述的一种配电线路电杆防风等级的计算方法，其特征在于，所述电杆填埋根部的受力模型包括导线在风力作用下的对电杆的水平拉力、电杆本身受风力和电杆根部所受的弯矩；所述导线在风力作用下的对电杆的水平拉力为F1，其计算式为：F1＝NγνS(L1+L2)/2式中，N为电杆上导线数量；γv为单根导线所受水平应力，Pa/m；S为架空导线的截面积，m2；L1、L2分别为电杆两侧的水平档距，m；γv为单根导线所受水平应力：式中，af为风速不均匀系数，风速v不大于20m/s时取1.0，风速v大于20m/s时取1.1；d为架空导线外径，m；c为风载体型系数，架空导线外径d小于17mm时取1.2，大于17mm取1.1；Wc＝0.6128v2为理论风压，Pa；S为架空导线的截面积，m2；θ为风向与线路方向夹角；所述电杆本身受风力为F2，其计算式为：式中：Wc＝0.6128v2为理论风压，Pa；h为电杆地面上部高度，m；D1为电杆梢径，D2为电杆根部直径，m；D2与电杆的填埋深度有关，其计算公式为：式中，D为电杆最底部直径，m；h为电杆地面上部高度，m；h1为电杆的填埋深度，m；所述电杆根部所受的弯矩M为：M＝F1l1+F2l2式中：l1为架空导线的等效作用点与电杆根部的距离，m；l2为电杆地面上部的几何重心与电杆根部的距离，m。3.根据权利要求1所述的一种配电线路电杆防风等级的计算方法，其特征在于，所述电杆防风等级计算方法如下：对于每一电杆，均有电杆根部弯矩设计值Ms，在某一风速vmax下，风力对电杆本身和导线的作用力共同作用产生的对电杆根部的弯矩超过电杆弯矩的设计值时，电杆有被折断的风险，该风速vmax就是电杆的最大防风等级；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，李升健，安义，邓才波，刘蓓，陈琛，戚沁雅，王华云，郑蜀江，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，南昌科晨电力试验研究有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36