一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法及系统，属于防风偏技术领域。现有的防风偏技术，对绝缘子串附加刚度装置，应当提供的刚度计算不够准确，误差比较大。本发明专利技术的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，通过对绝缘子串及导线复合结构的受力分析，建立静态平衡方程和运动方程，根据具体数据求解出绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度，并代入运动方程中计算，求出整个系统的最大响应值，验证其是否满足风偏控制的要求，进而根据求解出的绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度值，设置绝缘子串附加刚度装置AS，进而本发明专利技术能够较为精确的计算出绝缘子串附加刚度装置应当提供的刚度，方案科学、合理，切实可行。切实可行。切实可行。

【技术实现步骤摘要】
一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法及系统，属于防风偏


技术介绍

[0002]输电线路在大风下发生偏摆，造成导线和绝缘子产生风偏角。随着风力变化，风偏角也会变化，导线和绝缘子发生不同程度的偏移。当导线与杆塔的电气间隙距离不足时，空气会被击穿，导致放电跳闸。
[0003]当悬垂绝缘子串受到沿横担方向的风荷载分量的作用时，悬垂绝缘子串下端将随着导线传来的水平荷载和竖向荷载及沿横担方向的风荷载的作用下，发生沿横担方向的移动，正是由于这种沿横担方向的移动，将导致导线与输电塔塔身之间的距离的改变，在电学上也就是说会导致电气间隙的变化。如果该距离不大于规定的电气间隙的最小距离的限值，那么会导致线路发生危险，对结构物产生的最大危险就是会导致风偏闪络的发生。
[0004]风偏闪络的表现就是当绝缘子串底端所连接的导线和输电塔塔身距离小于规定的电气间隙限值时，导线将发生放电，因为周围的空气会被强大的电压所击穿。风偏闪络现象发生后，线路闽口的自动复合设置经常不容易施行，进而会引起很多输电线路的严重事故，包括引起火灾，输电线的断裂和电能的损失等。
[0005]中国专利：运动雷暴风作用下输电线路风偏瞬态分析方法(公开号：CN103683086B)、一种输电线路绝缘子动态风偏分析方法及装置(公开号：CN109635444A)、一种悬垂绝缘子串的最大动态风偏角确定方法(公开号：CN109271751A)分别公开了绝缘子串的风偏角度计算方法，但都没有涉及：如何计算绝缘子串附加装置应当提供的刚度，因此缺乏一种比较精确的求解绝缘子串附加装置应当提供的刚度方案。
[0006]如果只是简单的根据经验，设置绝缘子串附加装置的刚度，进行防风偏控制，具有一定的主观性以及随机性，无法确保绝缘子串附加装置的设置方案，科学、合理，进而导致绝缘子串风偏限制方案的误差比较大，不够精确。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种通过对绝缘子串及导线复合结构的受力分析，建立静态平衡方程和运动方程，根据具体数据求解出绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度，并代入运动方程中计算，求出整个系统的最大响应值，验证其是否满足风偏控制的要求，进而根据求解出的绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度值，设置绝缘子串附加刚度装置AS，进而能够较为精确的计算出绝缘子串附加刚度装置应当提供的刚度，方案科学、合理，切实可行，便于推广使用的构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法及系统。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的第一种技术方案为：
[0009]一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，
[0010]包括以下步骤：
[0011]步骤1：对输电塔的绝缘子串和导线所构成的复合结构分别进行静止状态下和运动状态下的受力分析，建立绝缘子串
‑
导线体系的静态平衡方程和运动方程；
[0012]步骤2：通过步骤1中的静态平衡方程，计算得到理论最大剪应力，根据力矩平衡条件，得到极限状态下的理论风偏控制应力，初步得到绝缘子串附加刚度装置AS所需要提供的刚度k
AS
；
[0013]步骤3：将步骤2中得到的刚度代入绝缘子串
‑
导线体系的运动方程中，求得绝缘子串
‑
导线体系的动力响应，验证风荷载作用下绝缘子串
‑
导线体系的动力响应是否符合风偏控制的要求；
[0014]步骤4：根据步骤3中的验证结果，设置绝缘子串附加刚度装置AS的刚度，形成可控刚度体系，实现对绝缘子串风偏的限制。
[0015]本专利技术经过不断探索以及试验，通过对绝缘子串及导线复合结构的受力分析，建立静态平衡方程和运动方程，根据具体数据求解出绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度，并代入运动方程中计算，求出整个系统的最大响应值，验证其是否满足风偏控制的要求，进而根据求解出的绝缘子串附加刚度装置AS应当提供的刚度值，设置绝缘子串附加刚度装置AS，进而本专利技术能够较为精确的计算出绝缘子串附加刚度装置应当提供的刚度，误差小，方案详尽，切实可行，并且方案科学、合理，便于推广使用。
[0016]作为优选技术措施：
[0017]所述步骤1中，绝缘子串
‑
导线体系在极限状态下的静态平衡方程的计算公式如下：
[0018]F0＝G
V
sinθ+W
V
sinθ
‑
G
H
cosθ
‑
W
H
cosθ，
[0019]其中，G
V
和W
V
分别为绝缘子串和导线的自重荷载，G
H
为绝缘子串所受平均风荷载，W
H
为导线的平均风荷载，θ为绝缘子串的风偏角度；
[0020]绝缘子串所受平均风荷载的计算公式如下：
[0021][0022]其中，β
Z
为风振系数，n为垂直风向绝缘子串联数，λ1为顺风向绝缘子串风荷载屏蔽折减系数，μ
Z
为风压高度变化系数，B3为绝缘子串覆冰风荷载增大系数，v为基准风速；A为迎风面面积；
[0023]导线的平均风荷载的计算公式如下：
[0024][0025]其中，C
D
为体型阻力系数，ρ
a
为空气密度，η为风入射角度；
[0026]绝缘子串的风偏角度的计算公式如下：
[0027][0028]作为优选技术措施：
[0029]所述步骤2中，理论风偏控制应力的计算公式如下：
[0030]F1＝αF0；
[0031]α＝H0/H1。
[0032]其中，F0为绝缘子串容许应力；
[0033]H0指的是绝缘子串金具和横担连接处到绝缘子串端部和导线连接处的距离，
[0034]H1指的是绝缘子串金具和横担连接处到绝缘子串附加刚度装置AS连接处的距离。
[0035]作为优选技术措施：
[0036]所述步骤3中，绝缘子串附加刚度装置AS的刚度代入绝缘子串
‑
导线体系的运动方程中，改变绝缘子串
‑
导线体系的刚度矩阵；
[0037]绝缘子串
‑
导线体系的刚度矩阵的计算公式如下：
[0038][0039]K
AS
＝k
AS
[0040]γ＝
‑
k
AS1t,i
×1[0041]其中，是安装绝缘子串附加刚度装置AS前，绝缘子串体系的刚度矩阵；k
AS
为绝缘子串附加刚度装置AS的刚度；1
t,i
×1是i
×
1的列向量，其中第t项等于1，其余各项为零；t为绝缘子串附加刚度装置AS所在位置，一般取1；i为绝缘子串上所取的测量点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对输电塔的绝缘子串和导线所构成的复合结构分别进行静止状态下和运动状态下的受力分析，建立绝缘子串
‑
导线体系的静态平衡方程和运动方程；步骤2：通过步骤1中的静态平衡方程，计算得到理论最大剪应力，根据力矩平衡条件，得到极限状态下的理论风偏控制应力，初步得到绝缘子串附加刚度装置AS所需要提供的刚度k
AS
；步骤3：将步骤2中得到的刚度代入绝缘子串
‑
导线体系的运动方程中，求得绝缘子串
‑
导线体系的动力响应，验证风荷载作用下绝缘子串
‑
导线体系的动力响应是否符合风偏控制的要求；步骤4：根据步骤3中的验证结果，设置绝缘子串附加刚度装置AS的刚度，形成可控刚度体系，实现对绝缘子串风偏的限制。2.如权利要求1所述的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，其特征在于，所述步骤1中，绝缘子串
‑
导线体系在极限状态下的静态平衡方程的计算公式如下：F0＝G
V
sinθ+W
V
sinθ
‑
G
H
cosθ
‑
W
H
cosθ，其中，G
V
和W
V
分别为绝缘子串和导线的自重荷载，G
H
为绝缘子串所受平均风荷载，W
H
为导线的平均风荷载，θ为绝缘子串的风偏角度；绝缘子串所受平均风荷载的计算公式如下：其中，β
Z
为风振系数，n为垂直风向绝缘子串联数，λ1为顺风向绝缘子串风荷载屏蔽折减系数，μ
Z
为风压高度变化系数，B3为绝缘子串覆冰风荷载增大系数，v为基准风速；A为迎风面面积；导线的平均风荷载的计算公式如下：其中，C
D
为体型阻力系数，ρ
a
为空气密度，η为风入射角度；绝缘子串的风偏角度的计算公式如下：3.如权利要求1所述的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，其特征在于，所述步骤2中，理论风偏控制应力的计算公式如下：F1＝αF0；α＝H0/H1；其中，F0为绝缘子串容许应力；H0指的是绝缘子串金具和横担连接处到绝缘子串端部和导线连接处的距离，H1指的是绝缘子串金具和横担连接处到绝缘子串附加刚度装置AS连接处的距离。4.如权利要求1所述的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，其特征在于，所述步骤3中，绝缘子串附加刚度装置AS的刚度代入绝缘子串
‑
导线体系的运动方程
中，改变绝缘子串
‑
导线体系的刚度矩阵；绝缘子串
‑
导线体系的刚度矩阵的计算公式如下：K
AS
＝k
AS
γ＝
‑
k
AS1t,i
×1其中，是安装绝缘子串附加刚度装置AS前，绝缘子串体系的刚度矩阵；k
AS
为绝缘子串附加刚度装置AS的刚度；1
t,i
×1是i
×
1的列向量，其中第t项等于1，其余各项为零；t为绝缘子串附加刚度装置AS所在位置；i为绝缘子串上所取的测量点的数量，根据绝缘子串的绝缘子个数确定。5.如权利要求4所述的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法，其特征在于，由于绝缘子串与导线为一个多自由度系统，根据运动方程，构建风致响应数学模型，对风荷载作用下绝缘子串
‑
导线体系的动力响应进行计算；运动方程的计算公式如下：运动方程的计算公式如下：运动方程的计算公式如下：为绝缘子串导线体系的速度向量；其中，为绝缘子串导线体系的加速度向量X(t)和X
AS
(t)为绝缘子串导线体系和绝缘子串附加刚度装置AS自由度的位移向量；P(t)为体系的气动力时程分量向量；C
i
×
i
是i
×
i阶阻尼矩阵。6.如权利要求5所述的一种构建可控刚度体系的绝缘子串风偏限制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚坚刚，丁祥，周奇，周文俊，杨继平，麻潇波，曹枚根，
申请(专利权)人：汕头大学北方工业大学，
类型：发明
国别省市：