一种针对架空地线的雷击损伤计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对架空地线的雷击损伤计算方法及装置，该方法包括：建立架空地线的地线几何模型，并对几何模型进行参数设置；向地线几何模型加载温度场，计算得到温度分布结果；向地线几何模型加载结构场，并根据温度分布结果，计算施加在地线几何模型上的机械应力以及与对应的等效塑性应变结果；根据机械应力和等效塑性应变，计算得到地线损伤因子。采用本发明专利技术实施例，在仿真过程中考虑到温度场和结构场的耦合，并根据机械应力和塑性应变，计算地线损伤因子，考虑到机械应力对地线损伤所造成的影响，从而提高了损伤计算结果的精确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种针对架空地线的雷击损伤计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及输电线路雷击实验
，尤其涉及一种针对架空地线的雷击损伤计算方法及装置。

技术介绍

[0002]在架空输电领域，架空地线(又称避雷线)作为防雷的第一道防线，其作用在于引导雷击自身以避免输电导线遭受雷击。但地线遭受雷击后，可能出现损伤缺陷、断股乃至断线，对电网的安全稳定运行带来了隐患。随着输电线路回路长度的逐年增加，避雷线遭受雷击的概率将进一步增加，进而由此导致的损伤缺陷以及断线故障日益凸显，针对于避雷线的雷击损伤研究日渐受到重视。由于雷电的不可重复性，在无法开展实际雷击避雷线试验的情况下，避雷线的雷击损伤研究一般通过仿真来进行。通过有限元仿真模拟计算，可以分析避雷线在不同幅值、波形、持续时间等参数作用下的损伤情况，从而确定避雷线的耐雷水平，为避雷线的选型提供依据。目前的地线雷击损伤仿真计算，是在构建完整地线模型后，在地线表面施加热源，计算得到温度分布结果；再基于温度分布结果，将超出材料熔点的部分在仿真软件中直接隐藏，得到损伤体积。但现有技术在构建雷击地线损伤模型时，没有考虑真实的雷击地线损伤发展过程，如没有考虑雷击时机械力对地线雷击损伤的影响，以及无法对雷击造成的机械损伤结果进行量化。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种针对架空地线的雷击损伤计算方法及装置，以解决现有技术在计算雷击对地线造成的损伤时，没有考虑机械力对地线损伤的影响的技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种针对架空地线的雷击损伤计算方法，包括：
[0005]建立架空地线的地线几何模型，并向所述地线几何模型加载温度场，计算得到温度分布结果；
[0006]向所述地线几何模型加载结构场，并根据所述温度分布结果，计算施加在所述地线几何模型上的机械应力以及与所述机械应力对应的等效塑性应变结果；
[0007]根据所述机械应力和所述等效塑性应变结果，计算得到地线损伤因子。
[0008]本专利技术在地线几何模型上施加温度场和结构场，并采用计算得到的温度分布结果对机械应力和塑性应变进行仿真计算，考虑到温度场和结构场的耦合；并根据机械应力和塑性应变，计算地线损伤因子，考虑到机械应力对地线损伤所造成的影响，从而提高了损伤计算结果的精确度。
[0009]进一步地，所述建立架空地线的地线几何模型，并对所述几何模型进行参数设置，具体为：
[0010]使用COMSOL建立所述地线几何模型，并对所述地线几何模型的结构参数和材料参数进行设置。
[0011]进一步地，所述向所述地线几何模型加载温度场，计算得到温度分布结果，具体为：
[0012]其中，所述温度分布结果包括：持续分量温度分布结果和脉冲分量温度分布结果；
[0013]根据所述地线几何模型，对加载至所述地线几何模型的温度场进行设置，得到注入热量的高斯函数分布；
[0014]根据所述注入热量的高斯函数分布，计算持续分量温度分布结果；设置并加载电磁场至所述地线几何模型，根据所述注入热量的高斯函数分布、电磁场与温度场之间的耦合关系，计算脉冲分量温度结果。
[0015]本专利技术在计算地线几何模型的温度分布结果时，除了考虑持续分量外，还考虑到脉冲分量对温度分布的影响，其中持续分量温度分布结果仅考虑对温度场的计算，提高了计算效率；而脉冲分量温度分布结果考虑到温度场和电磁场的耦合效应，计算结果具有更高的精确度。
[0016]进一步地，所述对加载至所述地线几何模型的温度场进行设置，具体为：将所述地线几何模型的外表面设置为温度场的绝热边界，并将温度场的边界热源设置为雷击点；所述设置并加载电磁场至所述地线几何模型，具体为：将所述几何模型的雷击点设置为电磁场的电流输入终端，将所述地线几何模型的剖切面的两端设置为电磁场的电流接地端。
[0017]本专利技术通过对温度场和电磁场的边界进行设置，在设置完绝热边界、雷击点、电流输入终端和电流接地端后，可对持续份量和脉冲分量进行计算，计算得到的温度分布结果可用于进一步的机械应力计算，从而考虑到机械应力对雷击下地线损伤结果的影响。
[0018]进一步地，所述注入热量的高斯函数分布的表达式为：
[0019]Q(r，t)＝10J(r，t)，r≤R；
[0020]其中，Q(r，t)为注入热量的高斯函数分布，R为弧根半径，J(r，t)为雷电弧通道中的电流密度；
[0021]所述雷电弧通道中的电流密度的表达式为：
[0022][0023]其中，I(t)为雷电流，包括：持续分量的电流或脉冲分量的电流，R(t)为弧根半径，t为时间。
[0024]进一步地，所述向所述地线几何模型加载结构场，并根据所述温度分布结果，计算施加在所述地线几何模型上的机械应力以及与所述机械应力对应的等效塑性应变结果，具体为：
[0025]其中，所述机械应力包括：轴向张力、冲击力、电磁力和热应力；
[0026]对所述地线几何模型的剖切面进行结构场的约束设置，并计算所述地线几何模型的所述轴向张力；设置结构场的冲击力施加位置，并将所述地线几何模型的外表面设置为结构场的第一固定约束面，根据预设的雷电流，计算所述冲击力施加位置的所述冲击力和所述电磁力；根据所述温度分布结果，计算得到弹性模量和屈服强度，再根据所述弹性模量和屈服强度，计算得到所述地线几何模型的所述热应力；
[0027]根据所述轴向张力、冲击力、电磁力和热应力，计算得到所述地线几何模型的所述
等效塑性应变结果。
[0028]本专利技术通过对结构场的约束和冲击力施加位置进行设置，对轴向张力以及雷击造成的冲击力和电磁力进行计算，另一方面在考虑温度场和结构场的耦合作用的情况下，计算得到热应力；通过对各个机械应力以及对应的等效塑性应变结果，在计算地线损伤的过程中兼顾到机械应力所造成的影响，从而提高了计算结果的精确度。
[0029]进一步地，所述对所述地线几何模型的剖切面进行结构场的约束设置，并计算所述地线几何模型的所述轴向张力，具体为：
[0030]将所述地线几何模型的剖切面的一端设置为第二约束面，对所述剖切面的另一端施加所述轴向张力：
[0031]根据地线的最小破断力和地线安全系数，计算得到所述轴向张力；其中，所述轴向张力的表达式为：
[0032][0033]其中，F
T，max
为轴向张力，f
y
为地线的最小破断力，α为地线安全系数。
[0034]进一步地，所述电磁力的表达式为：
[0035][0036]其中，p
electromagnetic
(r，t)为电磁力，r为作用点离弧根的距离，t为时间，μ0为真空磁导率，μ0＝4π
×
10
‑7N/A，R
c
为弧根半径，I(t)为雷电流。
[0037]本专利技术通过最小破断力等参数计算地线的轴向张力，此外，还通过雷击电流、弧根半径等因素对电磁力进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，包括：建立架空地线的地线几何模型，并向所述地线几何模型加载温度场，计算得到温度分布结果；向所述地线几何模型加载结构场，并根据所述温度分布结果，计算施加在所述地线几何模型上的机械应力以及与所述机械应力对应的等效塑性应变结果；根据所述机械应力和所述等效塑性应变结果，计算得到地线损伤因子。2.如权利要求1所述的针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，所述建立架空地线的地线几何模型，具体为：使用COMSOL建立所述地线几何模型，并对所述地线几何模型的结构参数和材料参数进行设置。3.如权利要求1所述的针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，所述向所述地线几何模型加载温度场，计算得到温度分布结果，具体为：其中，所述温度分布结果包括：持续分量温度分布结果和脉冲分量温度分布结果；根据所述地线几何模型，对加载至所述地线几何模型的温度场进行设置，得到注入热量的高斯函数分布；根据所述注入热量的高斯函数分布，计算持续分量温度分布结果；设置并加载电磁场至所述地线几何模型，根据所述注入热量的高斯函数分布、电磁场与温度场之间的耦合关系，计算脉冲分量温度结果。4.如权利要求3所述的针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，所述对加载至所述地线几何模型的温度场进行设置，具体为：将所述地线几何模型的外表面设置为温度场的绝热边界，并将温度场的边界热源设置为雷击点；所述设置并加载电磁场至所述地线几何模型，具体为：将所述几何模型的雷击点设置为电磁场的电流输入终端，将所述地线几何模型的剖切面的两端设置为电磁场的电流接地端。5.如权利要求4所述的针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，所述注入热量的高斯函数分布的表达式为：Q(r,t)＝10(,t),r≤R；其中，Q(r,t)为注入热量的高斯函数分布，R为弧根半径，J(r,t)为雷电弧通道中的电流密度；所述雷电弧通道中的电流密度的表达式为：其中，I(t)为雷电流，包括：持续分量的电流或脉冲分量的电流，R(t)为弧根半径，t为时间。6.如权利要求1所述的针对架空地线的雷击损伤计算方法，其特征在于，所述向所述地线几何模型加载结构场，并根据所述温度分布结果，计算施加在所述地线几何模型上的机械应力以及与所述机械应力对应的等效塑性应变结果，具体为：其中，所述机械应力包括：轴向张力、冲击力、电磁力和热应力；对所述地线几何模型的剖切面进行结构场的约束设置，并计算所述地线几何模型的所
述轴向张力；设置结构场的冲击力施加位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，彭向阳，林轩，周原，李志峰，范亚洲，余欣，汪政，于是乎，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：