一种输电导线舞动数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种输电导线舞动数值模拟方法，包括以下步骤:S1获取输电导线的覆冰截面形状和在覆冰形状分布；S2获取覆冰导线的气动载荷G；S3获取导线的电磁载荷F；S4采用ABAQUS有限元软件建立线路有限元分析模型；S5定义与导线共节点的用户自定义单元；S6编写用户自定义单元对应的用户自定义单元子程序；S7同步提交S5中的包含用户自定义单元的线路段inp文件和S6中的用户自定义单元子程序for文件。在进行输电导线舞动数值模拟时考虑了覆冰截面形状和覆冰分布特征对气动载荷的影响，考虑了导线相对间距对气动系数的影响，考虑了电磁力对舞动数值模拟的影响，从而实现输电线路舞动过程的准确模拟，为线路舞动特征及防舞研究提供支撑。究提供支撑。究提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种输电导线舞动数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及输电线路防舞动
，具体涉及一种输电导线舞动数值模拟方法。

技术介绍

[0002]输电线路舞动涉及空气动力学、振动力学、结构力学等多学科交叉，且由于导线自身的结构刚度影响，属于大位移强非线性问题。目前开展输电线路舞动分析主要采用基于简化模型的机理研究、真型试验研究、节段模型风洞试验研究以及数值模拟研究四类方法。其中数值模拟研究具有速度快，准确度高，适用范围广等特点，目前已成为输电线路舞动研究的重要手段。
[0003]目前常用的舞动数值模拟方法包括模态叠加法和时程分析法，其中时程分析法能更准确的反映导线的运动状态，但由于舞动需要实时基于各子导线的位移、转角等特征获取导线当前状态下的气动系数，实时更新导线各区域所受气动等载荷，而现有有限元分析软件无法直接实现气动等载荷的模拟及施加，时程分析时需要自主开发具有实时计算并施加舞动载荷的用户自定义单元和用户自定义程序。
[0004]且现有的舞动数值模拟方法，在进行舞动数值模拟时，仅仅考虑气动载荷，且仅仅考虑在不同风攻角条件下的气动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电导线舞动数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法包括以下步骤：S1：获取输电导线的覆冰截面形状和在覆冰形状分布，具体包括以下步骤：S1.1：建立输电导线无覆冰状态下的连续档导线模型，通过施加初始张力、导线自重载荷，求解获得导线沿着档距方向各处的扭转刚度k；S1.2：根据扭转刚度k、导线的设计参数和导线直径D、档距L、覆冰位置x、覆冰厚度b、划分层数pb、凝冰角β0，每一层覆冰均按照新月形覆在导线表面，将360度的角度划分为多份，采用极半径坐标r(θ)存储每个方向的覆冰极半径；S1.3：计算每层覆冰的扭矩M
i
及其所引起的扭转角θ
i
，，其中，ρ
ice
为冰的密度，g为重力加速度、r
i
‑1(β0)为第i
‑
1层的覆冰厚度；S1.4：更新每层覆冰生长后的极半径，第i层覆冰导致导线表面覆冰极半径的增量为Δr
i
(θ)＝R
i
(β0)
‑
R
i
‑1(β0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中R
i
(β0)、R
i
‑1(β0)分别为当前层和上一层覆冰对应的极半径，第i层覆冰覆盖到导线上后的覆冰极半径分布为r
′
i
(θ)＝Δr
i
(θ)+r
i
‑1(θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中r
i
‑1(θ)为上一层覆冰叠加后所得到的覆冰极半径；S1.5：更新每层覆冰扭转后的极半径，r
i
(θ)＝r
′
i
(θ
‑
θ
i
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)S1.6：计算覆冰质心，判断覆冰导线截面平衡情况并修正位置；S1.7：重复S1.2
‑
S1.6，模拟导线截面动态覆冰过程，得到扭转后的覆冰形状，改变覆冰位置x，结合其扭转刚度k取值，循环计算得到导线沿着档距方向每一段的覆冰形状分布。S2：获取覆冰导线的气动载荷G；基于步骤S1中获得的导线覆冰截面形状，将导线等间隔分为多个区段，每个区段以该区段中点处的覆冰厚度为基准，通过实验获取不同风攻角α下和子导线不同相对间距Y、Z下覆冰导线的升力气动系数C
L
(α,Y,Z)、阻力气动系数C
D
(α,Y,Z)和扭矩气动系数C
M
(α,Y,Z)，将C
L
(α,Y,Z)带入公式(6
‑
1)计算求得升力FL，将阻力气动系数C
D
(α,Y,Z)带入公式(6
‑
2)计算求得阻力FD，将扭矩气动系数C
M
(α,Y,Z)带入公式(6
‑
3)计算求得扭矩FM，即可获得基于C
L
(α,Y,Z)、C
D
(α,Y,Z)或C
M
(α,Y,Z)下的气动载荷G：(α,Y,Z)下的气动载荷G：(α,Y,Z)下的气动载荷G：(α,Y,Z)下的气动载荷G：
其中，ρair为空气密度，Uz为风速，d为裸导线的直径；S3：获取导线的电磁载荷F：两条有限长任意弯曲的导线C1和C2，分别通有I1和I2大小的电流，每根导线划分N个单元，电磁力可分解成笛卡尔坐标系三个方向的分力，导线C2上单元q受到导线C1上单元p的电磁力根据公式8计算，式中，I1和I2为两子导线的电流，dl2和dl1分别表示单元p和q的长度向量，R表示该两单元中点间的距离，ar表示该距离的单位向量，μ0为真空磁导率，取4π
×
10
‑
7H/m；S4：采用ABAQUS有限元软件建立包含分裂导线、间隔棒、绝缘子串、连接金具、防舞装置的线路有限元分析模型，在完成建模后，生成包含线路所有结构信息参数的inp文件；S5：在生成的inp文件的基础上，通过定义与导线共节点的用户自定义单元用于实时变化的导线气动载荷、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕中宾，伍川，刘泽辉，张博，刘光辉，叶中飞，刘彬，刘胜春，司佳钧，陶亚光，李梦丽，宋高丽，马伦，炊晓毅，张世尧，
申请(专利权)人：国家电网有限公司中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：