一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法技术

本发明专利技术提供一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，包括步骤：S101、建立输电导线舞动动力学模型；S102、根据变形协调关系计算输电导线股线的轴向应变量；S103、基于泊松效应和热胀冷缩计算输电导线股线节圆半径的横向变形量；S104、基于输电导线股线的轴向应变量计算输电导线每层股线沿着其轴向的应力；S105、基于输电导线各层股线沿着其轴向的应力计算输电导线的轴向荷载；S106、将输电导线的轴向荷载传递到输电导线舞动动力学模型的刚度矩阵中，计算得到输电导线各结点的舞动响应，本发明专利技术计算得到的导线张力和舞动响应结果更符合工程实际，能够为输电导线在风荷载作用下的运行响应计算提供更精确的理论依据和技术支持。术支持。术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法


[0001]本专利技术涉及输电导线舞动计算
，尤其涉及一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法。

技术介绍

[0002]架空输电导线正常运行时，受自身载流产生的电阻焦耳热的影响，其温度往往高于环境温度，使得导线的温度升高。此外，在钢芯铝绞线内部，由于各层股线之间存在空气间隙，且钢芯、空气与铝线的导热系数各不相同，使得导线内部各股线层间散热不均匀，产生径向温差。研究表明，导线径向温差可达5～25℃，而这必将对导线各层股线的轴向应力分布产生影响，进而影响导线的轴向总张力，并最终对输电导线舞动响应产生影响。在传统的输电导线舞动计算过程中，假定输电导线内部温度均匀分布，因此导线的张力只与导线的股线层数n、每一层股线的根数Zi、股线的截面面积Ai、各股线的弹性模量Ei以及导线本身的轴向应变ε有关，而上述物理参数的取值是基于导线在制造和运行过程中的环境温度为初始条件的，没有考虑运行过程中导线负载产热以及散热不均导致的导线各股线的温度变化。综上，传统的输电导线舞动计算方法没有考虑导线各股线间温度变化对舞动结果的影响，导致对输电导线舞动的计算结果不准确。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，将导线各股线间径向温差对导线轴向应力分布、导线截面总张力以及导线单元的刚度的影响进行分析，并将这种影响考虑到输电导线的舞动计算分析中。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，包括以下步骤：
[0005]S101、建立输电导线舞动动力学模型；
[0006]S102、根据变形协调关系计算输电导线股线的轴向应变量；
[0007]S103、基于泊松效应和热胀冷缩计算输电导线股线节圆半径的横向变形量；
[0008]S104、基于输电导线股线的轴向应变量计算输电导线每层股线沿着其轴向的应力；
[0009]S105、基于输电导线各层股线沿着其轴向的应力计算输电导线的轴向荷载；
[0010]S106、将输电导线的轴向荷载传递到输电导线舞动动力学模型的刚度矩阵中，计算得到输电导线各结点的舞动响应。
[0011]进一步的，步骤S102中，根据变形协调关系可知：
[0012][0013]其中，ΔS
i
表示原长度为S
i
的股线沿其轴向的伸长量，ΔR
i
为该层股线节圆半径的横向变形减少量，V
i
表示第i层股线沿着导线轴向的伸长量，可以表示为V
i
＝εL，ε为导线轴向的应变，L为股线AB段在导线轴向的长度，φ
i
表示为展开后长度为S
i
的股线在横截面平面
上投影长度与第i层导线半径的比值，计算公式为φ
i
＝S
i
cosa
i
/R
i
，其中股线捻角的正弦sina
i
＝L/S
i
，R
i
为第i层导线半径，将φ
i
和sina
i
的表达式代入式(1)，再将得到的等式除以股线的原长S
i
，推导得到股线沿其轴向的应变ε
i
表示为：
[0014][0015]进一步的，步骤S103中，计算输电导线股线节圆半径横向变形量包括基于泊松效应导致的各绞线沿自身轴线拉伸截面收缩产生的变形ΔR
′
i1
，以及由温度变化产生的热胀冷缩横向变形ΔR
′
i2
，表示为：
[0016]ΔR
i
＝ΔR
′
i1
+ΔR
′
i2
[0017]其中，下标i表示导线中的第i层股线，下标1表示基于泊松效应导致的横向变形，下标2表示由温度变化产生的热胀冷缩横向变形，基于泊松效应产生的横向变形的计算公式为：
[0018]ΔR
′
i1
＝ε
i
μ
i
R
i
[0019]其中，P
i
为第i层股线单根股线内的轴向拉力，μ
i
为第i层股线的泊松比，E
i
为第i层股线的材料弹性模量，A
i
为第i层股线的横截面积，基于温度变化产生的热胀冷缩横向变形计算公式为：
[0020]ΔR
′
i2
＝α
iT
ΔT
i
R
i
[0021]其中，a
iT
为第i层股线材料的热膨胀系数，ΔT
i
为第i层股线的温度变化。
[0022]进一步的，步骤S104中，已知股线考虑了温度变化产生的轴向应变，通过减掉温度变化的贡献量后得到第i层股线沿着其轴向的应力σ
i
：
[0023]σ
i
＝E
i
(ε
i
‑
ε
iT
)
[0024]其中，ε
iT
为温度变化引起的应变，表达式为：ε
iT
＝α
iT
ΔT
i
。
[0025]进一步的，步骤S105中，计算输电导线的轴向荷载具体为：将第i层股线的轴向力向整根导线的轴向投影，再叠加所有层股线，可得输电导线的轴向荷载T为：
[0026][0027]其中，n
i
为第i层股线的根数，A
i
为第i层股线单根股线横截面积。
[0028]进一步的，步骤S101中，在建立输电导线舞动动力学模型时，采用更新的拉格朗日列式，以t时刻状态为参考，建立t+Δt时刻的虚功方程，从而得到输电导线舞动动力学控制方程，其表达式如下：
[0029][0030]其中，
t
u、和分别表示输电导线在t时刻的位移、速度和加速度，
t
M、
t
C、
t
K和
t
F分别为t时刻输电导线的整体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和外荷载向量。
[0031]进一步的，步骤S106中，将输电导线的轴向荷载作为输电导线的张力代入到刚度矩阵中，计算得到输电导线各节点的舞动响应。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0033]本专利技术提供的输电导线舞动计算方法与传统输电导线舞动计算方法相比，考虑了导线通电运行过程中电阻发热导致的导线温度升高、不同负载条件下的温度变化、环境温
度的变化及由于散热不均匀导致的各股线间径向温度差和股线材料泊松效应对导线张力及覆冰导线舞动响应产生的影响，基于本专利技术所提供的方法得到的导线张力和导线舞动响应计算结果更符合工程实际，能够为输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S101、建立输电导线舞动动力学模型；S102、根据变形协调关系计算输电导线股线的轴向应变量；S103、基于泊松效应和热胀冷缩计算输电导线股线节圆半径的横向变形量；S104、基于输电导线股线的轴向应变量计算输电导线每层股线沿着其轴向的应力；S105、基于输电导线各层股线沿着其轴向的应力计算输电导线的轴向荷载；S106、将输电导线的轴向荷载传递到输电导线舞动动力学模型的刚度矩阵中，计算得到输电导线各结点的舞动响应。2.根据权利要求1所述的一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，其特征在于，步骤S102中，根据变形协调关系可知：其中，ΔS
i
表示原长度为S
i
的股线沿其轴向的伸长量，ΔR
i
为该层股线节圆半径的横向变形减少量，V
i
表示第i层股线沿着导线轴向的伸长量，可以表示为V
i
＝εL，ε为导线轴向的应变，L为股线AB段在导线轴向的长度，φ
i
表示为展开后长度为S
i
的股线在横截面平面上投影长度与第i层导线半径的比值，计算公式为φ
i
＝S
i
cos a
i
/R
i
，其中股线捻角的正弦sina
i
＝L/S
i
，R
i
为第i层导线半径，将φ
i
和sina
i
的表达式代入式(1)，再将得到的等式除以股线的原长S
i
，推导得到股线沿其轴向的应变ε
i
表示为：3.根据权利要求2所述的一种考虑导线通电温变的输电导线舞动计算方法，其特征在于，步骤S103中，计算输电导线股线节圆半径横向变形量包括基于泊松效应导致的各绞线沿自身轴线拉伸截面收缩产生的变形ΔR
′
i1
，以及由温度变化产生的热胀冷缩横向变形ΔR
′
i2
，表示为：ΔR
i
＝ΔR
′
i1
+ΔR
′
i2
其中，下标i表示导线中的第i层股线，下标1表示基于泊松效应导致的横向变形，下标2表示由温度变化产生的热胀冷缩横向变形，基于泊松效应产生的横向变形的计算公式为：ΔR
′
i1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钦柱，韩武奇，
申请(专利权)人：海南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：