一种建立输电线路塔线体系有限元模型的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及输电线路领域，更具体涉及一种建立输电线路塔线体系有限元模型的 方法。
【背景技术】：
[0002] 近年来，国民经济快速发展、科技不断进步，对电力能源的需求不断增大，为了适 应社会需求的发展，我国的电网建设得到迅速发展，超高压和特高压技术得到了广泛的应 用。
[0003] 档距大、塔体高是超高压、特高压的突出特点，在普通输电杆塔设计时，通常忽略 塔线耦合的相互作用，但是由于超高压、特高压档距大、塔体高的特点，忽略塔线耦合的相 互作用的模型与实际情况相差较大，因此建立塔线体系有限元模型，考虑塔线体系的耦合， 是精确的预测塔线应力和体系的承载能力，优化设计参数、提高系统经济性、使系统得以安 全运行的重要保障。
[0004] 输电线路塔线体系由输电杆塔、绝缘子串、导地线连接组成，是一种复杂的空间体 系，其中输电杆塔是主要的承载部分。建立塔线体系的有限元模型非常复杂，需要耗费大 量的时间。使用自制程序快速建立输电塔线体系有限元模型，可大大节省了有限元建模时 间，故提出一种快速建立输电线路塔线体系有限元模型的方法，以克服上述缺陷是十分必 要的。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的是提供一种建立输电线路塔线体系有限元模型的方法，该方法建模 速度快，模型不容易出现误差。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种建立输电线路塔线体系有限元 模型的方法，包括：
[0007] 设定输电线路塔线体系连接参数并生成输电线路塔线体系连接信息文件；
[0008] 根据输电杆塔的有限元模型获取其结构信息；
[0009] 根据所述连接参数和所述输电杆塔的有限元模型生成输电线路塔线体系有限元 模型。
[0010] 所述输电线路塔线体系连接参数包括杆塔参数、绝缘子参数和导线参数；所述杆 塔参数包括杆塔个数信息和杆塔间连接信息；所述绝缘子参数包括绝缘子种类的个数信息 和绝缘子信息；所述导线参数包括导线种类信息和导线信息。
[0011] 所述结构信息包括节点信息、质量信息、材料信息、截面信息和单元信息；从而生 成所述输电线路塔线体系有限元模型的节点信息、质量信息、材料信息、截面信息和单元信 息。
[0012] 所述输电线路塔线体系有限元模型的节点信息包括输电杆塔、输电杆塔的导线和 绝缘子的节点信息；所述输电线路塔线体系有限元模型的质量信息包括输电杆塔、输电杆 塔的导线和绝缘子的质量信息；所述输电线路塔线体系有限元模型的材料信息包括输电杆 塔、输电杆塔的导线和绝缘子的材料信息；所述输电线路塔线体系有限元模型的截面信息 包括输电杆塔、输电杆塔的导线和绝缘子的截面信息；所述输电线路塔线体系有限元模型 的单元信息包括输电杆塔、输电杆塔的导线和绝缘子的单元信息。
[0013] 所述输电线路塔线体系有限元模型的节点信息的生成过程包括：
[0014] 在输电杆塔的有限元模型的连接信息中有输电杆塔在整体坐标系中的坐标，对读 入的输电杆塔有限元模型文件的节点的坐标进行偏移，偏移值为输电杆塔连接信息中输电 杆塔在整体坐标系中的坐标；
[0015] 对于所述输电杆塔的导线节点信息，按照斜抛物线形状生成节点坐标，抛物线坐 标〇点位于导线一端的挂点上，所述斜抛物线的通过下式确定：
[0017] 其中，1--档距；h--1?差；β--1?差角，_錢馨=τ; y--导线各点到横坐 标轴的垂直尚度；σ。 导线各点的水平应力；y 导线比载；
[0018] 对于连接导线和输电杆塔的所述输电杆塔的绝缘子，不再另外添加节点；在生成 输电线路塔线体系以后，其节点的号码需要重新进行编辑。
[0019] 所述输电线路塔线体系有限元模型的质量信息的生成过程包括：
[0020] 通过直接读入所述结构信息中的质量信息获取杆塔的质量信息；根据已设有的所 述输电线路塔线体系连接信息文件中的导线的单位长度质量和绝缘子单位长度的质量确 定导线和绝缘子的质量信息。
[0021] 所述输电线路塔线体系有限元模型的材料信息的生成过程包括：
[0022] 通过直接读入所述结构信息中的的材料信息获取杆塔的材料信息；对于所述导线 的材料信息，根据已设定的所述输电线路塔线体系连接信息文件中的导线的刚度和需要设 置的所述导线材料初始应力以考虑应力刚化效应；所述导线材料的初始应力通过下式得 到：
[0023] σ = Τ/Α
[0024] 其中，〇 导线的初始应力；Τ 导线的拉力；Α 导线的截面面积；
[0025] 对于所述绝缘子材料信息，根据已设定的所述输电线路塔线体系连接信息文件中 的绝缘子的刚度确定。
[0026] 所述输电线路塔线体系有限元模型的截面信息的生成过程包括：
[0027] 通过直接读入所述结构信息中的截面信息获取杆塔的截面信息；对于所述导线和 绝缘子，假定其均为圆截面，根据已设有的所述输电线路塔线体系连接信息文件中的导线 和绝缘子的半径确定其各自的截面。
[0028] 所述输电线路塔线体系有限元模型的单元信息的生成过程包括：
[0029] 通过直接读入所述结构信息中的单元信息获取杆塔的单元信息；
[0030] 对于导线单元是按照所述斜抛物线生成的节点的依次相连，通过考虑重力二阶 p-Δ效应考虑其几何非线性；
[0031 ] 对于绝缘子单元，为已确定的导线和输电杆塔的连接单元。
[0032] 所述杆塔个数信息包括杆塔的数目；所述杆塔间连接信息包括杆塔的名称、杆塔 在整体空间坐标系中的坐标和挂点号；所述绝缘子种类的个数信息包括绝缘子数目；所述 绝缘子信息包括绝缘子号、绝缘子长度、绝缘子刚度、绝缘子半径和绝缘子单位长度的质 量；所述导线种类信息包括导线数目；所述导线信息包括导线号、与导线相连接的绝缘子 号、导线的单位长度质量、导线的面积、导线的拉力、导线的刚度和导线的分裂数。
[0033] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0034] 1、本发明技术方案建模速度快，操作方法简单，生成的模型准确；
[0035] 2、本发明技术方案极大方便了工程人员针对输电线路塔线体系进行有限元分析， 提高了塔线体系建模的准确性和效率；
[0036] 3、本发明技术方案对于塔线体系在强风，覆冰，地震等灾害情况下的有限元分析， 有着非常重要的意义；
[0037] 4、本发明技术方案精确的预测塔线应力和体系的承载能力，优化设计参数、提高 系统经济性、使系统得以安全运行的重要保障。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明实施例的快速生成的塔线体系有限元模型示意图；
[0039] 图2为本发明实施例的方法流程图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0041] 实施例1 :
[0042] 本例的发明提供了一种建立输电线路塔线体系有限元模型的方法，能够快速建立 输电线路塔线体系有限元模型，具体的分析方法包括以下步骤，如图1所示：
[0043] 步骤1)设定塔线体系连接参数。
[0044] 步骤2)解析输电杆塔结构有限元模型
[0045] 步骤3)生成塔线体系有限元模型文件
[0046] 所述步骤1)编辑塔线体系连接信息文件。具体包括以下内容：
[0047] a)杆塔个数信息
[0048] 内容：TowerNum
[0049] 其中TowerNum代表有杆塔的数目。
[0050] b)输入杆塔间连接信息
[0051] 内容：TowerName，X，y，z，HangNodeIDl_HangNodeID2----
[0052] 其中，TowerName是杆塔的名称，x, y, z是杆塔在整体坐标系中的坐标， HangNodeIDl-HangNodeID2-是挂点号。
[0053] c)绝缘子种类的个数信息
[0054] 内容：InNum
[0055] 其中InNum代表绝缘子数目
[0056] d)绝缘子信息
[0057] 内容：InID，InLen，InE，InR，InP
[0058] 其中InID是绝缘子号，InLen是绝缘子长度，单位m，InE是绝缘子刚度单位Pa， InR是绝缘子半径，单位m，InP代表绝缘子单位长度的质量，单位kg/m。
[0059] e)导线种类信息
[0060] 内容：LineNum
[0061] 其中LineNum代表有导线数目
[0062] f)导线信息
[0063] 内容：LinelD, InID, LineP, LineA, LineT, LineE, LineNum