[发明专利]一种基于有限元的导线风偏绝缘校核方法

权利要求书

1.一种基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定风压不均匀系数：根据《1000kV架空输电线路设计规范》规定确定适用的风压不均匀系数；

步骤2，确定风压高度变化系数：根据地面粗糙程度、地表基本风速、高度等主要因素，依据《1000kV架空输电线路设计规范》，确定适用的风压高度变化系数；

步骤3，确定导线风载荷体型系数：根据导线的体形和气流方位，依据《1000kV架空输电线路设计规范》，确定适用的导线风载荷体型系数；

步骤4，导线载荷计算：采用导线的水平风荷载计算公式和垂直风荷载计算公式，计算跨距长度的导线所受风压；

步骤5，绝缘子载荷计算：采用悬垂绝缘子串和金具的水平风荷载计算公式，计算绝缘子串和金具的所受风压；

步骤6，建立杆塔、绝缘子串、金具和导线的有限元模型：采用变截面梁单元模拟绝缘子串，采用实体单元模拟金具，采用质点模拟导线，采用刚体单元模拟杆塔，建立杆塔-绝缘子串-金具-导线的有限元模型；

相比传统流程可以考虑绝缘子串自身的变形，可以考虑金具之间的接触限位关系，提高了计算的准确度；

步骤7，计算最小空气间隙：采用静力有限元计算，提取最小空气间隙；

步骤8，绝缘评估：根据最小空气间隙大小和环境工况，评估绝缘性能是否达到设计要求。

2.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：根据《1000kV架空输电线路设计规范》规定，风压不均匀系数α如表1、表2所示：

表1风压不均匀系数α

表2风压不均匀系数α随水平档距变化取值

3.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：《1000kV架空输电线路设计规范》规定，风压高度变化系数μ_z如表3所示：

表3风压高度变化系数μ_z

注：地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

A类——近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类——田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类——有密集建筑群的城市市区；

D类——有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

4.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：确定导线风载荷体型系数：

对于输电导线，规范规定的μ_sc是考虑水平风向与导线轴成90°时的影响值，《1000kV架空输电线路设计规范》规定：

导线或地线风荷载体型系数μ_sc为：

线径小于17mm或覆冰时，μ_sc＝1.2；

线径大于或等于17mm时，μ_sc＝1.1；

对于N分裂导线，N分裂导线的风荷载取单导线的N倍。

5.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：导线的载荷分为水平荷载和垂直荷载。

6.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：导线水平荷载的计算具体如下：

单位长度导线的水平风荷载计算公式如下所示：

p_h＝αW₀μ_zμ_scrB₁sin²θ

式中：

p_h——垂直于导线方向的单位长度导线水平风荷载标准值，单位：kN；

α——风压不均匀系数；

μ_z——风压高度变化系数；

μ_sc——导线的体型系数；

r——导线外径或覆冰时的计算外径，分裂导线取所有子导线外径的总和，单位：m；

B₁——导、地线及绝缘子覆冰后风荷载增大系数；5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2，15mm冰区取1.3，20mm及以上冰区取1.5-2.0；

θ——风向与导线或地线方向之间的夹角，单位：度。

7.根据权利要求1所述的基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，其特征在于：悬垂绝缘子串和金具承受的水平风荷载计算如下式所示：

G_h＝W₀μ_zA_Isin²θ

式中：

A_I——绝缘子及其金具受风面积，单位：m²。