[发明专利]220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法

权利要求书

1.一种220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)覆冰输电塔线耦联体系有限元建模；包括利用单元镜像命令对铁塔进行建模；对绝缘子及分裂导线间隔棒建模；对分裂子导线和地线建模；

(2)对输电线路塔线耦联体系进行找形；

(3)输电线路塔线耦联体系覆冰载荷计算；

(4)输电线路塔线耦联体系覆冰-风载荷计算；

(5)覆冰下响应计算及数据提取分析。

2.根据权利要求1所述的220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述塔线耦联体系有限元建模方法如下：

输电线在自然悬挂状态下所形成的形状为悬链线；根据悬链线方程将子导线和地线离散成一系列1m为间隔的节点，将这些节点连接形成导地线模型，从而得到塔线耦联体系的初始有限元模型。

3.根据权利要求1所述的220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述对输电线路塔线耦联体系找形步骤如下：

得到的塔线耦联体系有限元模型施加初应变，打开大变形开关和应力刚化开关，进行自重分析；分析完成后，在后处理器中查看节点位移与应力，计算相对误差，与预设收敛判据比较，到达收敛精度范围，则停止计算，找形结束；若未达到收敛精度，则根据位移结果更新输电线路塔-线耦联体系有限元模型的所有节点坐标，重新进行自重分析，重复上述过程，直至位移与应力达到收敛精度，找形完成，获得找形后的输电线路塔-线耦联体系有限元模型。

4.根据权利要求1所述的220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述输电线路塔线耦联体系覆冰载荷计算如下：

采用附加质量单元法对覆冰荷载进行模拟，雨凇覆冰的等效模型为与架空线同心的空心圆柱体，密度取0.9g/cm³，覆冰的体积计算公式为：

式中：V是单位长度覆冰体积/m³；d是架空线计算外径/mm；b是覆冰厚度/mm；

覆冰的载荷为单位长度架空线上覆冰的重力，则单位长度架空线的覆冰荷载为：

式中：F_冰是架空线单位长度覆冰荷载/N；d是架空线计算外径/mm；b是覆冰厚度/mm；g是重力加速度，取9.8m·s^-2。

5.根据权利要求1所述的220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述输电线路塔线耦联体系覆冰-风载荷计算如下：

架空线在覆冰状态时，整体的外径变大，使得架空线的迎风面积增加；覆冰时的单位长度架空线的风压计算公式为：

F_v＝β_cα_fμ_csB(d+2b)W_vsin²θ×10^-3

式中：F_v是单位长度架空线覆冰风压值/N；β_c是风载荷调整系数；α_f是风压不均匀系数；μ_cs是风载体形系数；B是覆冰风载增大系数；W_v是风速为v时的风压标准值/Pa；d是架空线外径/mm；b是覆冰厚度/mm；θ是风向与线路方向所成夹角/°。

6.根据权利要求1所述的220kV输电线路塔线耦联体系覆冰仿真方法，其特征在于，所述覆冰下响应计算及数据提取分析方法如下：

将得到的覆冰荷载或覆冰风荷载施加在有限元模型对应节点上，在求解器中进行求解；计算结束后，在通用后处理器中提取结构位移、应力和不平衡张力数据，从而对输电线路的覆冰和覆冰-风致响应进行分析。