变电站套管系统的动态力学特性分析方法、计算机可读介质技术方案

一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，属于变电站设施承载特性分析领域。它包括：获取能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型，变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；在力学分析软件中，加载用于模拟环境扰动的外部动载荷，求解变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应；外部动载荷包括风场动载荷；获取力学分析软件输出的变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据。采用本发明专利技术方法可以在浪费极少资源的条件下，较为准确、全面的获取变电站套管系统的动态承载特性数据。本发明专利技术还公开了一种存储有变电站套管系统动态力学特性分析程序的计算机可读介质，包括输入模块、力学分析模块、输出模块。

Analysis method of dynamic mechanical characteristics of bushing system in substation and computer readable medium

【技术实现步骤摘要】
变电站套管系统的动态力学特性分析方法、计算机可读介质
本专利技术涉及变电站设施承载特性分析
，具体涉及一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法、一种存储有变电站套管系统动态力学特性分析程序的计算机可读介质。
技术介绍
在冰、雪、大风等恶劣天气的影响下，在野外露天环境下服役的架空线易出现风振、舞动、脱冰（雪）跳跃等现象，其产生的动态冲击载荷通过绝缘子、金具等活动连接部件施于固定线杆上，造成活动连接部件的疲劳损坏、屈曲变形或破断。若活动连接部件出现屈曲变形或破坏，一般还伴随着活动连接部件的绝缘性、密封性能的降低或失效。高压输电变工程中，变压器、主变套管和避雷器是整个输电系统中不可或缺的重要组成部分。高压变电站的跨线和引下线受冰、雪、大风等恶劣天气的影响时，伴随风振、舞动、脱冰（雪）跳跃等现象，还会出现较大的位移。其引发的动态冲击载荷作用于主变套管端部后，除可能会造成主变套管及金具的疲劳损坏、屈曲变形或破断外，还可能造成相关设备的绝缘性、密封性能的降低或失效，若巧遇接地不良、漏油、进水等故障，还会引发电器故障。这些问题都将严重影响线路的工作安全性及供电可靠性。目前，基于现场试验直接开展对变电站引、跨线及套管端部系统的动态承载特性研究存在成本高昂、试验调整困难、数据采集受限等诸多问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，以兼顾准确、全面的获取变电站套管系统的动态承载特性数据。为解决上述技术问题，可以根据需要选用如下技术方案：一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，所述变电站套管系统包括绝缘子串、连接金具、跨线、引下线和变压器套管，包括以下步骤：获取能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型，所述变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；在力学分析软件中，加载用于模拟环境扰动的外部动载荷，求解变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应；所述外部动载荷包括风场动载荷；获取力学分析软件输出的变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据。可选的，获取所述变电站套管系统装配模型的方法包括利用计算机辅助设计软件建立变电站套管系统的参数化实体模型，并装配成能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型。在利用计算机辅助设计软件建立变电站套管系统的参数化实体模型时，可以忽略与力学特性分析无关的零部件或形状特征。为降低建立变电站套管系统的参数化实体模型所占用的硬件内存及减少变电站套管系统模型动态力学特性分析过程占用的计算资源，使用具有足够刚度的空间桁架代替所述变电站套管系统装配模型中的所述绝缘子串；所述具有足够刚度的空间桁架包括多个梁单元结构，以等效于所述绝缘子串的梁单元性质。为降低建立变电站套管系统的参数化实体模型所占用的硬件内存及减少变电站套管系统模型动态力学特性分析过程占用的计算资源，使用方形实体板代替所述变电站套管系统装配模型中的所述连接金具，所述方形实体板用于设置所述跨线的间距。为降低建立变电站套管系统的参数化实体模型所占用的硬件内存及减少变电站套管系统模型动态力学特性分析过程占用的计算资源，若所述变电站套管系统的跨线或引下线所用的导线为实心导线，则使用实心圆柱代替所述变电站套管系统装配模型中的实心导线，所述实心圆柱的外径与所述实心导线的外径相同；若所述变电站套管系统的跨线或引下线所用的导线为支撑型扩径导线，则使用同心圆管代替所述变电站套管系统装配模型中的支撑型扩径导线，所述同心圆管的内径与所述支撑型扩径导线的内径相同，所述同心圆管的外径与所述支撑型扩径导线的外径相同。进一步的，所述变压器套管的端部零件包括防护罩、变压器接线柱、连接法兰、端盖板和接线板，设置所述变压器套管的端部零件间力学作用关系包括以下分步骤：定义接触对；设定接触对间的连接关系及接触容差；设定接触对间的力学传导逻辑。进一步的，所述风场动载荷的获取方法是：获取变电站套管系统实地安装环境的风场数据，所述风场数据包括风速、风向；校验并完善所述风场数据，包括更换所述风场数据中风速或风向超出合理范围的数据，更换所述风场数据中风速增量超出合理范围的数据；频域分析所述风场数据，以获得所述风场动载荷的交变频率；根据所述风场动载荷的交变频率、风向和风速计算获得风场动载荷。优选的，所述变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据包括跨线及引下线的响应频率、跨线及引下线承受的最大动张力、变压器套管的端部零件受到的应力、变压器套管在柱坐标下径向的形变量、端盖板在柱坐标下径向的形变量。优选的，所述力学分析软件采用有限元分析软件。一种存储有变电站套管系统动态力学特性分析程序的计算机可读介质，包括输入模块、力学分析模块、输出模块，所述输入模块用于输入变电站套管系统装配模型数据，所述变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；所述力学分析模块用于运算在用于模拟环境扰动的外部动载荷施加于变电站套管系统装配模型上后，变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应数据；所述输出模块用于输出变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据，所述变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据包括跨线及引下线的响应频率、跨线及引下线承受的最大动张力、变压器套管的端部零件受到的应力、变压器套管在柱坐标下径向的形变量、端盖板在柱坐标下径向的形变量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.采用本专利技术方法，可以在浪费极少资源的条件下，较为准确、全面的获取变电站套管系统的动态承载特性数据。其可用于指导变电站套管系统的选型、搭建、风险评估等决策。2.在对变电站套管系统的参数化实体模型简化后，可以降低建立变电站套管系统的参数化实体模型所占用的硬件内存，还有助于减少变电站套管系统模型动态力学特性分析过程占用的计算资源。3.设置变压器套管的端部零件间力学作用关系中增加设置接触容差过程，可以避免有限元分析软件因模型尺寸的数值误差和装配模型时的装配误差对接触对的接触状态的误判。4.一种存储有变电站套管系统动态力学特性分析程序的计算机可读介质可以降低对使用者使用技术的要求，便于本专利技术方法的普及。附图说明图1为一种变电站套管系统安装环境处的模拟风速时程曲线。图2为根据图1所示的风速时程曲线换算得到的风载荷曲线。具体实施方式下面结合附图，以实施例的形式说明本专利技术，以辅助本
的技术人员理解和实现本专利技术。除另有说明外，不应脱离本
的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。本专利技术的第一部分一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，包括以下步骤：获取能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型，所述变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；在力学分析软件中，设置并加载用于模拟环境扰动的外部动载荷，求解变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应；所述外部动载荷包括风场动载荷；获取变电站套管系统装配模型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，所述变电站套管系统包括绝缘子串、连接金具、跨线、引下线和变压器套管，其特征在于，包括以下步骤：/n获取能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型，所述变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；/n在力学分析软件中，加载用于模拟环境扰动的外部动载荷，求解变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应；所述外部动载荷包括风场动载荷；/n获取力学分析软件输出的变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种变电站套管系统的动态力学特性分析方法，所述变电站套管系统包括绝缘子串、连接金具、跨线、引下线和变压器套管，其特征在于，包括以下步骤：
获取能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型，所述变电站套管系统装配模型能够表达零部件间的力学作用关系；
在力学分析软件中，加载用于模拟环境扰动的外部动载荷，求解变电站套管系统装配模型在外部动载荷作用下的动态响应；所述外部动载荷包括风场动载荷；
获取力学分析软件输出的变电站套管系统装配模型的动态力学特性数据。


2.如权利要求1所述的变电站套管系统的动态力学特性分析方法，其特征在于，获取所述变电站套管系统装配模型的方法包括利用计算机辅助设计软件建立变电站套管系统的参数化实体模型，并装配成能够输入力学分析软件的变电站套管系统装配模型；在建立变电站套管系统的参数化实体模型时，采取以下措施中的至少一种：
第一种措施，使用具有足够刚度的空间桁架代替所述变电站套管系统装配模型中的所述绝缘子串，所述具有足够刚度的空间桁架包括多个梁单元结构，以等效于所述绝缘子串的梁单元性质；
第二种措施，使用方形实体板代替所述变电站套管系统装配模型中的所述连接金具，所述方形实体板用于设置所述跨线的间距；
第三种措施，若所述变电站套管系统的跨线或引下线所用的导线为实心导线，则使用实心圆柱代替所述变电站套管系统装配模型中的实心导线，所述实心圆柱的外径与所述实心导线的外径相同；若所述变电站套管系统的跨线或引下线所用的导线为支撑型扩径导线，则使用同心圆管代替所述变电站套管系统装配模型中的支撑型扩径导线，所述同心圆管的内径与所述支撑型扩径导线的内径相同，所述同心圆管的外径与所述支撑型扩径导线的外径相同。


3.如权利要求2所述的变电站套管系统的动态力学特性分析方法，其特征在于，所述变压器套管的端部零件包括防护罩、变压器接线柱、连接法兰、端盖板...

【专利技术属性】
技术研发人员：司学振，吕中宾，谢凯，杨晓辉，陶亚光，任鹏亮，张博，叶中飞，伍川，宋高丽，李梦丽，陈钊，马伦，刘贝贝，刘竹丽，霍翔宇，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，国网河南省电力公司，郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41