[发明专利]一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3中反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。

技术领域

本发明属于电力系统可靠性、气象信息技术领域，特别涉及一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。

背景技术

暴露在大气环境中的输电线路极易受到强风、暴雨、山火等自然灾害的影响；例如，强台风登陆经常对沿海地区的电力设备造成巨大危害；此外，强风雨荷载的共同作用更会导致输电线路断线、铁塔倒塔事故的发生。而强风、暴雨又具有随机性、不确定、季节性等特点，增加了对其进行防御的难度。

目前，有关风、雨荷载对输电线路影响的研究较多，但有关风雨荷载共同作用对输电线路影响的研究相对较少。有些学者提出了基于极端学习机和广义极值分布的风暴灾害下输电线路断线概率预测模型，可实现风暴灾害下输电线路的实时断线概率预测，但其准确性不高。还有学者建立了“三塔两跨”有限元分析模型，提出了雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于架空输电线路的荷载组合原则，分析了输电铁塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系，采用数值模拟方法，建立了设计与灾害荷载的不同工况组合，在时域对输电杆塔的动力响应规律进行了分析。但并没有建立风雨共同作用下输电线路断线概率模型。还有学者建立了输电塔的精细化有限元分析模型，研究了在风单独作用与风雨共同作用下的输电塔体系的动力响应，探讨了雨荷载对输电塔体系动力响应的影响，且雨荷载激励对输电塔的影响不能忽略，但没有考虑风雨荷载共同作用下输电线路可靠性问题。还有学者提出一套完整有效的分析杆塔结构在环境荷载作用下发生疲劳损伤、疲劳破坏的可靠度分析方法，但没有给出输电线路断线求解模型。

综上所述，有必要对风雨荷载共同作用下的输电线路可靠性-输电线路断线概率进行模型构建方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3种反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。

为此，本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种输电线路总荷载模型的构建方法，包括以下步骤：

1)构建铁塔构件承受风压的有效面积A_s：

其中，h为构建段高度；D₁,D₂分别为杆身构建风压段的顶径及根径；b₁,b₂分别为铁塔塔身构建段的上宽和下宽；为铁塔构架的填充系数；

2)构建铁塔风荷载反作用影响因子λ_TW：

其中，V₀＝30m/s；μ_z为风压高度变化系数，其与地面粗糙程度有关，一般取值为0.6～3.1；μ_s为铁塔构件的体型系数，一般取值为0.8-1.0；β_z为铁塔风荷载调整系数,一般取值为1.6～1.8；B为覆冰时风荷载增大系数，一般取值为1.1～1.2。可以看出，铁塔风荷载反作用影响因子与铁塔当前所受风荷载的大小、铁塔风荷载设计值(最大承受风压)有关。