一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，包括：初步确定大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、计算找形前悬索的初始状态；对导线悬垂线夹施加固定约束，计算水平方向平均运行张力，根据平均运行张力控制值，得到平均温工况、悬垂串为铅垂状态下的大跨越有限元悬索模型；更新约束、载荷和悬索材料密度，设置悬索温度，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、提取用于跨塔设计的荷载、获得所需节点坐标。本发明专利技术能够对大跨越输电线路悬索进行受力分析，提供施工安装技术参数。提供施工安装技术参数。提供施工安装技术参数。

【技术实现步骤摘要】
一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法


[0001]本专利技术涉及一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，属于大跨越输电


技术介绍

[0002]大跨越是输电线路中极其重要的组成部分，随着跨区域新能源送及超特高压电网的建设，大跨越的跨距和跨越高度不断被刷新，已建成的浙江500kV西堠门大跨越越主跨档距2656米、主跨越全高380米、主跨塔单基塔重6350吨；正在施工的江苏500kV江阴大跨越主跨档距2550米、主跨越全高385米、主跨塔单基塔重5200吨。
[0003]大跨越的主跨塔高、塔重主要受控于通航高度、导线弧垂和荷载。有别于陆上常规的输电线路，大跨越线路主跨档距大、悬挂点高、江/海面开阔、吸收风大、激振风速范围广、稳流持续时间长、风频范围宽，需要合理控制导地线的平均运行张力以减少各节点处(线夹、防振装置、间隔棒)的动弯应变，大跨越线路的导线悬挂点平均运行张力上限，一般不应超过抗拉强度的25％并应通过防振试验确定。
[0004]对于大跨距的大跨越线路，防振设施、间隔棒及耐张串等附件会对导地线悬挂点张力和跨中弧垂的影响较大，采用抛物线、斜抛物线和悬链线公式不能准确的计算导地线悬挂点张力和跨中弧垂，难以在施工阶段进行调整达到设计线形，进而会对工程投资和大跨越的运行安全性构成严重的不利影响。在控制导线悬挂点平均运行张力的基础上，采用精确的方法进行悬索找形、计算水平方向平均运行张力、校验通航高度、计算施工参数是大跨越线路安全可靠运行的先决条件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，能够对大跨越输电线路悬索进行受力分析，提供施工安装技术参数。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，包括：
[0007]初步确定大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、计算找形前悬索的初始状态；
[0008]根据悬索初始状态进行耐张串、悬索和悬垂串有限元建模，得到有限元模型；对导线悬垂线夹施加固定约束，在耐张串、间隔棒对应节点处施加集中荷载，以悬挂点平均运行张力作为控制力；通过模型找形，计算水平方向平均运行张力，取悬索各档的最小值为平均运行张力控制值；
[0009]设置悬索平均温度，根据平均运行张力控制值更新有限元模型，得到平均温工况、悬垂串为铅垂状态下的大跨越有限元悬索模型；
[0010]更新约束、载荷和悬索材料密度，设置悬索温度，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、提取用于
跨塔设计的荷载、获得所需节点坐标。
[0011]结合第一方面，进一步地，所述计算找形前悬索的初始状态，包括：
[0012]以小号侧锚塔为线路坐标起点，采用运行经验或防振试验确定的悬挂点平均运行张力T
0max
作为悬索初始张力值，采用平抛物线、斜抛物线或悬链线公式计算找形前悬索的初始状态。
[0013]结合第一方面，进一步地，所述采用平抛物线计算找形前悬索的初始状态，通过下式表示：
[0014][0015]式(1)中，n为悬索所处的档位；x
n,i
、y
n,i
分别为节点i处的坐标；l
k
为计算点所处档的档距；x
temp
为计算点距小号侧塔位中心的距离；h
n+1
、h
n
分别为大号侧及小号侧杆塔挂点高度；λ
n+1
、λ
n
分别为大号侧及小号侧悬垂串长度，锚塔处取值零；p为导线自重。
[0016]结合第一方面，进一步地，所述耐张串视作为与导线材料属性不同的均匀柔性结构，耐张串单元的密度可表示为：
[0017][0018]式(2)中，ρ
M
为耐张串单元的密度；G
M
为耐张串质量；A
M
为耐张串等效截面；η
M
为耐张串串长；N为导线分裂数。
[0019]结合第一方面，进一步地，所述调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高，步骤包括：
[0020]取消导线悬垂线夹施加的固定约束，在悬垂串联塔挂点施加位移约束，设置悬索最高运行线温，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，得到最高运行线温弧垂；
[0021]根据最高运行线温弧垂，判断通航高度和跨越距离是否满足预设要求，响应于不满足预设要求，则调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高，直到通航高度和跨越距离满足预设要求。
[0022]结合第一方面，进一步地，所述提取用于跨塔设计的荷载，步骤包括：
[0023]取消导线悬垂线夹施加的固定约束，在悬垂串联塔挂点施加位移约束，针对不同气象条件设置悬索温度、材料密度和水平风载荷，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，获得单元张力和节点坐标；
[0024]根据单元张力，判断各气象条件悬挂点最大张力是否超过设计允许值，若超过，则减小悬挂点平均运行张力，直到悬挂点最大张力不超过设计允许值；若不超过，则提取用于跨塔设计的荷载，包括水平载荷、纵向载荷和垂直载荷。
[0025]结合第一方面，进一步地，所述获得所需的节点坐标，还包括获得施工后用作观测的节点坐标，步骤包括：
[0026]对导线悬垂线夹施加固定约束，在耐张串、间隔棒对应节点处施加集中荷载，设置
施工气象条件的悬索温度，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，获得施工后用作观测的节点坐标。
[0027]结合第一方面，进一步地，所述获得所需的节点坐标，还包括获得施工时的节点坐标，步骤包括：
[0028]更新牵张侧的耐张串材料和导线材料，取消节点处的防振装置、间隔棒集中荷载，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，获得施工时的节点坐标。
[0029]结合第一方面，进一步地，所述模型找形采用upgeom或upcoord命令，尺度因子μ按以下判断提高迭代速度和准确性：
[0030][0031]式(3)中，ERR为悬挂点平均运行张力误差系数，以悬挂点平均运行张力T
0max
作为控制力计算水平方向平均运行张力时，通过下式计算：
[0032]ERR＝(T
n,j
‑
T
0max
)/T
0max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0033]式(4)中，T
n,j
为第n档j单元的轴向力。
[0034]第二方面，本专利技术提供了一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真计算系统，包括：
[0035]第一计算模块：用于初步确定大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、计算找形前悬索的初始状态；
[0036]第二计算模块：用于根据悬索初始状态进行耐张串、悬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，其特征在于，包括：初步确定大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、计算找形前悬索的初始状态；根据悬索初始状态进行耐张串、悬索和悬垂串有限元建模，得到有限元模型；对导线悬垂线夹施加固定约束，在耐张串、间隔棒对应节点处施加集中荷载，以悬挂点平均运行张力作为控制力；通过模型找形，计算水平方向平均运行张力，取悬索各档的最小值为平均运行张力控制值；设置悬索平均温度，根据平均运行张力控制值更新有限元模型，得到平均温工况、悬垂串为铅垂状态下的大跨越有限元悬索模型；更新约束、载荷和悬索材料密度，设置悬索温度，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高、提取用于跨塔设计的荷载、获得所需节点坐标。2.根据权利要求1所述的大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，其特征在于，所述计算找形前悬索的初始状态，包括：以小号侧锚塔为线路坐标起点，采用运行经验或防振试验确定的悬挂点平均运行张力T
0max
作为悬索初始张力值，采用平抛物线、斜抛物线或悬链线公式计算找形前悬索的初始状态。3.根据权利要求2所述的大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，其特征在于，所述采用平抛物线计算找形前悬索的初始状态，通过下式表示：式(1)中，n为悬索所处的档位；x
n,i
、y
n,i
分别为节点i处的坐标；l
k
为计算点所处档的档距；x
temp
为计算点距小号侧塔位中心的距离；h
n+1
、h
n
分别为大号侧及小号侧杆塔挂点高度；λ
n+1
、λ
n
分别为大号侧及小号侧悬垂串长度，锚塔处取值零；p为导线自重。4.根据权利要求1所述的大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，其特征在于，所述耐张串视作为与导线材料属性不同的均匀柔性结构，耐张串单元的密度可表示为：式(2)中，ρ
M
为耐张串单元的密度；G
M
为耐张串质量；A
M
为耐张串等效截面；η
M
为耐张串串长；N为导线分裂数。5.根据权利要求1所述的大跨越输电线路悬索找形及受力仿真方法，其特征在于，所述调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高，步骤包括：取消导线悬垂线夹施加的固定约束，在悬垂串联塔挂点施加位移约束，设置悬索最高运行线温，使用大跨越有限元悬索模型进行有限元求解，根据求解结果，得到最高运行线温弧垂；
根据最高运行线温弧垂，判断通航高度和跨越距离是否满足预设要求，响应于不满足预设要求，则调整大跨越输电线路主跨塔间的跨距及主跨塔塔高，直到通航高度和跨越距离满足预设要求。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞永，王作民，吴锁平，贾振宏，赵新宇，余亮，奚海波，姚成，吴志明，尹恒，赵纪倩，马军，袁飞，李布辉，宁帅朋，郑擎天，严文皓，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：