[发明专利]运动雷暴风作用下输电线路风偏瞬态分析方法

摘要

本发明公开了一种运动雷暴风作用下输电线路风偏瞬态分析方法，运动雷暴风风场模拟考虑了竖向风速，并同步考虑了空间相关性和脉动效应；确定风荷载时引入了瞬态风攻角及相应的分裂导线气动力系数，在时域上考虑了风速的大小和方向的改变；风偏角的分析过程中考虑了由于荷载不对称引起的沿线路方向的位移，并对极端风荷载情况下部分输电线路的最大风偏角进行计算，指导输电线路防风措施的设计工作，提高输电线路的供电可靠性。

主权项

1.一种运动雷暴风作用下输电线路风偏瞬态分析方法，其特征在于：包括以下步骤：A：从刚度、分裂子导线横截面积和表面特性的角度，根据等效原理，制作分裂子导线的刚性模型，在风洞实验室模拟某种特定的湍流度和基准风速的均匀流风场，对分裂子导线的刚性模型进行风洞试验，得到对应于每根分裂子导线的气动力系数随风攻角α变化规律C_D(α)；B：构建三维静态雷暴风平均风场模型，得出三维静态雷暴风平均风场作用下任一点的水平径向平均风速u(z,r)和竖向平均风速w(z,r)；其中，z为输电线路相对地面高度，r为雷暴风风场中各点与雷暴风射流中心（风眼）的距离，u为水平径向平均风速，w为竖向平均风速；C：由于运动雷暴风风场中各点与雷暴风射流中心的距离r为时间t的函数，所以运动雷暴风平均风场具有时变性，根据步骤B得出，运动雷暴风风场中输电线路各点的水平径向平均风速为u(z,r(t))，竖向平均风速为w(z,r(t))；其中，r(t)与运动雷暴风的初始位置、运动路径和风场移动速度相关。D：将运动雷暴风风场中输电线路各点的水平径向平均风速u(z,r(t))和竖向平均风速w(z,r(t))分别进行矢量合成，首先，水平径向平均风速和运动雷暴风的移动速度进行矢量合成得到运动雷暴风风场中输电线路各点的水平径向合成平均风速其次，竖向合成平均风速w_f(z,r(t))＝w(z,r(t))；再通过谐波叠加法和快速傅里叶变换得到运动雷暴风风场的水平径向脉动风速和竖向脉动风速E：结合输电线路的结构特征和运动雷暴风的运动轨迹，将水平径向平均风速u(z,r(t))和水平径向脉动风速竖向平均风速w(z,r(t))和竖向脉动风速分别叠加，得到运动雷暴风作用下输电线路各点的水平径向风速U(z,r(t))和竖向风速W(z,r(t))；对于输电线路的风偏，水平方向上起决定作用的是垂直线路方向的风荷载；对U(z,r(t))进行投影可得到输电线路各点水平合成风速与导线垂直的法向分量U_x(z,r(t))；F：结合上述步骤得到的各项参数，可求得运动雷暴风作用下输电线路各点的瞬态风速U_rel(z,r(t))，Urel(z,r(t))=Ux(z,r(t))2+W(z,r(t))2;]]>Urel(z,r(t))的瞬态风攻角α(z,r(t))，即风速与水平面的夹角，α(z,r(t))=tan-1(W(z,r(t))Ux(z,r(t)));]]>G：由步骤A中的气动力系数随风攻角α变化规律C_D(α)，可以得到沿输电线路竖向方向的气动力系数分量C_Z为C_z＝C_D(α)sinα，输电线路水平径向方向的气动力系数分量C_X为C_x＝C_D(α)cosα；其中，C_D(α)为不同瞬态风攻角下导线的气动力系数。H：由步骤F、G得到的各项参数，可求得输电线路的竖向和水平向瞬态风荷载，输电线路上各点的竖向风荷载和垂直于输电线路的水平向风荷载可分别按下式计算：Fz=12ρCzAUrel(z,r(t))2Fx=12ρCxAUrel(z,r(t))2]]>其中，ρ为空气密度，A为对应于输电线路各单元点的有效迎风面积(悬垂绝缘子串所在单元点的迎风面积需额外考虑绝缘子串本身承受的风荷载)；I：建立输电线路的有限元模型；J：将输电线路上各点的竖向风荷载F_Z和垂直于输电线路的水平向风荷载F_X输入建立的输电线路有限元模型中，对输电线路的精细化有限元模型在运动雷暴风风场下的风偏进行非线性瞬态动力求解，最终得到雷暴风移动过程中输电线路水平径向、沿导线方向和竖向的瞬态风偏位移，分别为Δx(t)、Δy(t)和Δz(t)；K：由于输电线路中存在悬垂绝缘子串，在校验杆塔电气间隙，计算悬垂绝缘子串风偏角θ_ωi时，须考虑分裂子导线与输电塔的最小安全电气间隙，故将绝缘子串投影到输电线路的法向平面，通过下式求得悬垂绝缘子串的风偏角θ_ωi：θwi(t)=sin-1(Δx(t)l2-Δy(t)2)]]>其中，l为悬垂绝缘子串的长度。