[发明专利]一种以防治输电线路绝缘子串风害为目标的设计方法

说明书

 

技术领域    

    本发明涉及一种以防治输电线路绝缘子串风害为目标的设计方法，属输电线路保护技术领域。

背景技术    

输电线路是电网的重要组成部分，其安全稳定运行直接影响到电网的稳定性和供电的可靠性。近年来，由于气候变化，大风天气日益增多，对架空输电线路的安全运行带来了严重威胁。一方面，强风作用下绝缘子串及其悬挂的输电线将会产生风偏摇摆，摇摆过程中如果带电体与杆塔之间的距离小于容许的电气间隙，将发生风偏闪络事故；另一方面，强风也可能使绝缘子串振动导致连接部位的交变弯曲应力过大，甚至超过其裂纹尖端应力强度因子，使其产生裂纹引起绝缘子串的风致断裂事故。因此，防止输电线路绝缘子串风害事故，是保证输电线路安全稳定运行的一项十分重要的工作，已受到电力设计部门、供电管理部门的重视。

有针对地采取防治措施是提高绝缘子串抗风害能力的关键。主要针对风偏事故，研究人员提出并采取了一些防治措施，如加挂重锤、调整杆塔位置、改变绝缘子串的悬挂与组装型式等。在众多措施中，加挂重锤的方法无疑最经济并最具有工程实用性。将重锤片直接安装在绝缘子串下端金具上的结构已在一些线路中应用，但其对绝缘子串风害的防治效果却没得到公认。实质上，重锤作为一种减振器是通过其自振频率尽量接近绝缘子串的基本频率或激振频率。这样，当绝缘子串受激振而振动时，重锤就会产生一个与绝缘子串振动方向相反的惯性力作用在绝缘子串上，使绝缘子串的振动反应衰减。然而，绝缘子串的动态特性目前还缺乏有效的认识，且绝缘子串处于一个包括输电线、金具等构成的多体系统中，由于与输电线等的耦合作用，不同线路中即使相同绝缘子串的偏摆和振动频率也完全不同，因此重锤的设计基本是盲目的。

发明内容    

 本发明的目的是，根据现有输电线路绝缘子串风害防治存在的问题，本发明公开一种以防治输电线路绝缘子串风害为目标的设计方法，以达到有效控制绝缘子串风偏或风致振动，提高其抗风能力。

本发明的技术方案是，本发明基于输电线与绝缘子串的强烈耦合作用，建立包含输电线、绝缘子串等的输电线路多体系统有限元模型，从系统角度分析绝缘子串动态特性，获取其偏摆及振动基本频率，并以此为目标，利用减振器有限元模型优化模型尺寸，最终分别以防治风偏及绝缘子串风致断裂等风害事故为目标，实现减振器的优化设计。

本发明一种以防治输电线路绝缘子串风害为目标的设计方法，包括以下步骤：

（1）建立输电线路多体系统有限元参数化模型：

（1-1）通过悬索的非线性分析及约束施加确定输电线初始形状，建立输电线有限元模型；

（1-2）通过模态参数识别方法，通过现场试验确定绝缘子串材料参数，建立绝缘子串有限元模型；

（1-3）通过边界条件施加，建立包含输电线、绝缘子串等的输电线路多体系统有限元参数化模型。

（2）输电线路多体系统动态特性分析

针对输电线路多体系统有限元模型进行有预应力模态分析，确定多体系统中绝缘子串偏摆及振动基本频率、振型等动态特性参数。

（3）减振器的设计

针对输电线路安装、应用方便，采用非线性摆锤减振器，建立减振器有限元模型，通过优化设计方法分别以多体系统中绝缘子串偏摆及振动基本频率为目标，获得减振器尺寸的设计。

（4）减振器的安装设计

通过铰接的方式将非线性摆锤减振器安装于线路的间隔棒上。

本发明步骤（1）中输电线悬索可采用悬链曲线或抛物线理论，优选悬链曲线理论。

本发明步骤（1）中输电线可采用3D仅受拉杆、3D梁和索单元进行建模。

本发明步骤（1）中绝缘子串包括输电线路常用的玻璃绝缘子串、瓷绝缘子串和复合绝缘子串。

本发明步骤（3）中所述的非线性摆锤减振器为重锤类减振器，通过改变摆锤重量，摆杆长度、直径等参数可以改变其固有频率。

本发明与现有技术比较的有益效果是：（1）本发明考虑了输电线与绝缘子串的强烈耦合作用，从系统角度获取了绝缘子串偏摆及振动基本频率，结果准确；（2）本发明建立输电线路多体系统有限元参数化模型，可以大大提高模型建立、修改的速度；（3）本发明可获得绝缘子串的偏摆及振动基本频率，可以针对风偏及绝缘子串风致断裂等绝缘子串风害事故进行有目的的防治，使用范围广；（4）本发明设计的减振器安装于间隔棒上，避免了现有技术重锤加挂在绝缘子串下造成导电体对杆塔放电距离减少的问题。

本发明适用于输电线路绝缘子串风害的防治。