一種架空輸電線路大截面導(dǎo)線的找形確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，更具體涉及一種架空輸電線路大截面導(dǎo)線的找形 確定方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在重力、風(fēng)力等外載荷的作用下，輸電線路導(dǎo)線會(huì)出現(xiàn)較大的位移，從而形成導(dǎo)線 的初始構(gòu)型。對(duì)該狀態(tài)下導(dǎo)線位移、應(yīng)力分布情況進(jìn)行的分析即所謂的找形分析。大截面 (橫截面積2 900mm2)導(dǎo)線是近年來(lái)獲得研發(fā)和應(yīng)用較多的導(dǎo)線類型，準(zhǔn)確而合理地進(jìn)行架 空輸電線路大截面導(dǎo)線找形計(jì)算是今年來(lái)線路設(shè)計(jì)與防振防舞工作面臨的重要問題之一， 直接關(guān)系到該類型線路弧垂特性、抗風(fēng)能力以及總體建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性?？茖W(xué)合理的掌握大截 面導(dǎo)線弧垂分布情況是進(jìn)行線路設(shè)計(jì)、施工以及防振技術(shù)改造工作的前提條件。
[0003]目前，確定輸電線路導(dǎo)線的找形問題一般通過懸垂公式和有限元仿真兩種途徑。 前者由于采用了懸鏈線假設(shè)，忽略了導(dǎo)線的抗彎特性，無(wú)法回避大跨度下的強(qiáng)非線性特性， 導(dǎo)致了弧垂及曲率分布的較大誤差；后者同樣由于強(qiáng)非線性因素的作用，建模過程較為復(fù) 雜，計(jì)算收斂性難以保證，工程推廣難度較大。因此非常有必要提出一種充分考慮并解決上 述問題的確定架空輸電線路大截面導(dǎo)線找形方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種架空輸電線路大截面導(dǎo)線的找形確定方法，為更加準(zhǔn)確 的分析大截面導(dǎo)線在水平檔上的弧垂、曲率分布特性等找形問題，提供了一種有效方法和 手段。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種架空輸電線路大截面導(dǎo)線的找 形確定方法，包括：
[0006]獲取輸電線路的設(shè)計(jì)參數(shù)和其工作環(huán)境條件；
[0007]確定輸電線的導(dǎo)線路哈密頓系統(tǒng)參數(shù)；
[0008]確定輸電線路的導(dǎo)線中心線曲率分布函數(shù)；
[0009]確定輸電線路的導(dǎo)線弧垂分布數(shù)據(jù)。
[0010] 所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括不同輸電線路采用的導(dǎo)線型號(hào)、跨度、放線張力和觀測(cè)弧垂數(shù) 據(jù);所述工作環(huán)境條件為輸電線路所在地點(diǎn)的微氣象條件，包括設(shè)計(jì)風(fēng)速、覆冰類型、形狀 及厚度。
[0011]所述導(dǎo)線路哈密頓系統(tǒng)參數(shù)通過確定的導(dǎo)線所受的主力矢和主矩矢從而得到。
[0012] 根據(jù)兩端固支梁的分析方法得到所述主力矢和主矩矢；
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] F3 = 25%RTS
[0017]式中，Mi，i= 1，2，3，為導(dǎo)線整體所受合扭矩的法向、復(fù)法向和軸向分量;F3為合力 的軸向分量，s為導(dǎo)線線長(zhǎng)坐標(biāo)，L為導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度，MTQtall為導(dǎo)線單元長(zhǎng)度所受自重和風(fēng)冰 荷載組成的合外力扭矩,Fd和Fl分別為氣動(dòng)升力和阻力，F(xiàn)iine^PFic；e分別為導(dǎo)線和冰荷載自 重;RTS為額定拉斷力，25%為采用的安全比例系數(shù)。
[0018] 所述導(dǎo)線單元長(zhǎng)度所受自重和風(fēng)冰荷載組成的合外力通過下式確定：
[0019]
[0020] MTotall=KM+Kicee〇
[0021] 其中，F(xiàn)Tcitall為導(dǎo)線單元長(zhǎng)度所受自重和風(fēng)冰荷載組成的合外力，eo為偏心覆冰引 起的偏心量，F(xiàn)m為氣動(dòng)扭矩。
[0022]根據(jù)典型的Duffing方程確定所述輸電線路的導(dǎo)線中心線各點(diǎn)的曲率k(s)滿足下 式所示方趕：
[0023]
[0024]采用諧波平衡法來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析，得到所述導(dǎo)線中心線曲率分布函數(shù)：
[0025]
[0026]且導(dǎo)線長(zhǎng)坐標(biāo)起點(diǎn)和終點(diǎn)掛點(diǎn)處的曲率滿足：
[0027] k(〇)=k(L)=0
[0028]其中，Ω為一階諧波頻率，常|j
m為積分常數(shù)，m=M3/EI;
[0029]EI為導(dǎo)線抗彎剛度；ω3〇為常扭率;Jac〇bi積分常數(shù)方=2///￡7-嘆:///(| /￡7;GIo為 導(dǎo)線抗扭剛度；另一積分常I
PbMi，i= 1，2，3，為導(dǎo)線整體所受 合扭矩的法向、復(fù)法向和軸向分量;F3為合力的軸向分量。
[0030]所述導(dǎo)線的曲率沿單跨內(nèi)的分布為半波形式，所以一階諧波頻率Ω的表達(dá)式為： Ω= -.〇L
[0031]故，所述導(dǎo)線中心線曲率分布函數(shù)為
[0032]得到所述導(dǎo)線中心線曲率分布函數(shù)后，再通過對(duì)Frenet-Serret矢量方程進(jìn)行數(shù) 值積分求解，即得到導(dǎo)線各點(diǎn)的絕對(duì)位置坐標(biāo)：
[0033]
7
[0034]其中，t(s)即為導(dǎo)線中心線撓度，N(s)、B(s)和T(s)分別為線坐標(biāo)為s處點(diǎn)的法向 量，副法線向量和切向量的Cartesian正交坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)提取即可得到相應(yīng)導(dǎo)線弧 垂。
[0035]和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0036] 1、本發(fā)明技術(shù)方案充分考慮大截面導(dǎo)線的抗彎截面特性，避免了懸鏈線假設(shè)使得 大截面導(dǎo)線弧垂計(jì)算精度偏低的影響；
[0037] 2、本發(fā)明技術(shù)方案有助于進(jìn)一步準(zhǔn)確分析導(dǎo)線靜態(tài)應(yīng)力分布；
[0038] 3、本發(fā)明技術(shù)方案采用了以導(dǎo)線線長(zhǎng)為坐標(biāo)，考慮動(dòng)點(diǎn)及Frenet參考系的建模理 念，避免了導(dǎo)線大跨度下具有強(qiáng)幾何非線性特征等不利因素的影響；
[0039] 4、本發(fā)明技術(shù)方案清晰，兼具可程序化的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，有利于在工程人員中推廣 應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 實(shí)施例1:
[0043]本例的發(fā)明提供一種架空輸電線路大截面導(dǎo)線的找形確定方法，包括，如圖1所 示，
[0044]1、線路及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)收集
[0045]所需數(shù)據(jù)包括不同線路采用的導(dǎo)線型號(hào)，跨度，放線張力，觀測(cè)弧垂數(shù)據(jù)等。明確 線路所在地點(diǎn)的微氣象條件，如設(shè)計(jì)風(fēng)速，覆冰類型、形狀及厚度等。
[0046] 2、理論過程推導(dǎo)和整理
[0047]架空輸電導(dǎo)線由于具有超大的長(zhǎng)徑比，符合超長(zhǎng)彈性細(xì)桿的特征，且具有圓截面， 徑向抗彎剛度一致，扭率保持為常數(shù)，所以其中心線各點(diǎn)的曲率k(s)滿足式(1)所示方程。
[0048]
[0049] 可以看出該式為典型的Duffing方程，式中變量s為導(dǎo)線線長(zhǎng)坐標(biāo)；常數(shù) r= < +/z/ 2 ;m為積分常數(shù)，m=M3/EI ;EI為導(dǎo)線抗彎剛度;常扭率〇3〇的大小與導(dǎo)線 撓度τ相等，取值為常數(shù)，一般可取0作為參考值;Jacobi積分常數(shù)A= 2Η/1- GIo為導(dǎo)線抗扭剛度；另一積分常數(shù)
Mdi= 1，2，3)為導(dǎo)線整體 L "」? 所受合扭矩的法向、復(fù)法向和軸向分量;同理