[发明专利]一种基于有限元的导线风偏绝缘校核方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，属于空气污染预测技术领域。

背景技术

架空输电线路是电网的重要组成部分，在风荷载作用下绝缘子串及其悬挂的导线将产生风偏摆动，对未采用V型串或未安装防风拉线等防风偏措施的架空输电线路危害很大。由于输电导线一般通过悬垂绝缘子串悬挂于杆塔上，且往往采用单点悬挂的I串或者双I串形式，在大风作用下悬垂绝缘子串或跳线向杆塔方向倾斜，减小了导线与杆塔之间间隙的距离，当间隙的绝缘强度不足以承受系统运行电压时将会发生风偏闪络。

目前在实际工程中，I串形式的悬垂绝缘子串或跳线在风荷载下的绝缘性评估是采用刚体直杆模型法进行计算。在计算过程中将复合绝缘子串简化为刚体直杆，将绝缘子与金具的连接简化为铰接，采用静力等效计算的方式确定风偏角，然后在二维坐标系中建立杆塔与绝缘子串的简化模型，使用三角函数计算获得最小间隙，评估绝缘性能。

传统的绝缘子串或跳线风偏最小空气间隙的计算方法中，对复合绝缘子串是采用刚体直杆简化，对各部件的连接关系是采用铰接简化。在实际工程中，绝缘子串和导线是复杂的大位移、非刚体的体系。

采用传统的简化方法，忽略了各个部件自身变形对最小空气间隙的影响，难以考虑金具实际的连接方式对风偏的影响。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于有限元的导线风偏绝缘校核方法，提出建立I型复合绝缘子、金具、导线和杆塔体系的有限元模型的方法，对风荷载下的最小空气间隙进行计算，从而评估绝缘性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

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。

进一步地，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

注：对跳线等档距较小者的计算α宜取1.20

表2风压不均匀系数α随水平档距变化取值

进一步地，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。

进一步地，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：