[发明专利]一种架空输电线路舞动的监测方法

说明书

技术领域

本发明关于电力系统的架空输电线路监测技术，具体是一种架空输电线路舞动的监测方法。

背景技术

架空输电线舞动是覆冰架空输电线在相对稳定风的激励下产生的流固耦合非线性振动。覆冰架空输电线舞动频率较低，范围多在0.1～3Hz之间。大部分舞动的形态以单个或多个半波的竖向舞动为主。然而实际线路中的覆冰架空输电线舞动多存在偏心现象以及不同运动方向间的气动耦合效应，输电线路发生竖向舞动同时往往伴随有较为显著的水平向和扭转向舞动，因此舞动轨迹形状多为在垂直线路走向平面内的椭圆。大幅舞动所致的动张力对输电线路危害极大，容易造成混线短路、闪络跳闸、悬垂绝缘子线夹滑移、线路金具磨损、间隔棒断裂和引流线与跳线串分离，在某些特定冬季季风的影响下，舞动持续时间可长达数日或数十日，轻则导致横担扭曲、架空输电线及引流线断裂、输电杆塔构件失稳，重则引发构件疲劳失效和倒塔等恶性事故，架空输电线舞动成为威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一。

20世纪30年代以来，一些学者对架空输电线舞动机理、舞动规律做了大量的研究，提出了多种舞动机理学说，包括Den Hartog的垂直舞动机理、O.Nigol的扭转舞动机理、P.Yu的偏心惯性耦合失稳机理、阵风诱发机理等。国内外学者对架空输电线的舞动也做了大量的实验研究，提出了一些有效的并已在工程实践中得到运用的防舞措施。随着全球环境及气候变化，我国输电线路舞动问题越发突出，2009年年末至2010年年初，全国600多条线路发生舞动。因此，实时获取架空输电线舞动情况是十分必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种架空输电线路舞动的监测方法。

本发明的技术方案如下：

一种架空输电线路舞动的监测方法，包括以下步骤：

步骤1、在架空输电线端部串接拉力传感器和角度传感器，分别监测架空输电线动张力和风攻角，并通过无线通讯技术传输到监测终端；

步骤2、将架空输电线各计算参量归算到风偏平面内，运用线长法逆推出舞动幅值；

步骤3、根据椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，建立椭圆形覆冰架空输电线模型；

步骤4、定义远离架空输电线的边界，架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域，在圆形计算区域划分网格；

步骤5、根据架空输电线覆冰厚度、风速、风攻角，计算获得各个气动力系数的时程曲线，再求得时程稳定后若干周期的气动力系数的平均值；

步骤6、根据计算所得的气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线分别进行拟合，获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。

所述的椭圆形覆冰架空输电线的基本参数，包括：档距、悬挂点高差、截面积、单位长度质量、综合弹性模量、架空输电线最低点平均运行应力。

所述步骤4，具体包括：

步骤4.1、定义远离架空输电线的边界；

步骤4.2、确定架空输电线固壁和这个边界之间构成一块流动的圆形计算区域；

步骤4.3、选择非结构网络在圆形计算区域划分网格，为使靠近架空输电线中心的圆形计算区域计算更加精确，对架空输电线中心区域的网格采用局部加密。

所述各个气动力系数的时程曲线包括：气动阻力系数的时程曲线、升力系数的时程曲线以及扭矩系数的时程曲线。

所述步骤6中采用三次多项式方程来拟合气动力系数，三次多项式方程如下：

C_i＝c_i3α³+c_i2α²+c_i1α+c_i0

式中，C_i为阻力系数、升力系数或扭矩系数，c_i3、c_i2、c_i1、c_i0为常系数，α为风攻角，下标i可以为d、l或m，分别表示阻力系数、升力系数或扭矩系数；

三次多项式方程通过联立求解，分别得到阻力系数、升力系数、扭矩系数与风攻角α之间关系的函数表达式，进而获得覆冰架空输电线所受的气动升力、气动阻力和扭矩。