一种实时在线评估输电塔安全状态的方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电线设备维护领域，尤其涉及一种实时在线评估输电塔安全状态的 方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 输电铁塔是架空输电线路的重要组成部分，起着支撑导线、地线及其他附件的作 用。近年来国家电网装机容量、电压等级不断提高，输电铁塔朝着高耸、大跨越及特高压方 向快速发展。对铁塔可靠性、经济性提出了更高的要求。但是，目前使用时间较长的输电塔 在目前国内输电网络中占相当的比重，随着服役年限的增长，由于环境、气候等自然因素的 作用和人为事故等因素，不少输电塔已出现严重的结构强度下降的情况，输电铁塔一旦遭 受破坏，将直接影响到整个电力系统的正常运行，不仅造成巨大的经济损失，甚至引起整个 供电系统的瘫痪。而建造和维护大规模输电线路需要耗费大量的人力、物力和财力，滞后于 输电线路建设与发展的综合监测及评估手段使管理层和决策层无法对其整体使用性能做 出客观准确的评估，因此也无法采用低成本、高效益的维修养护方法。
[0003] 在这种形势下，建立与之相适应相匹配的桥梁综合监测与评估系统成为桥梁界研 究的热点之一，具有极为重要的意义。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提出一种时在线评估输电塔安全状态的方法，它 能够通过对输电塔结构状态的监控与评估，在输电线路在特殊气候或线路运行状况严重异 常时触发预警信号，为输电线路安全运行修与管理决策提供依据和指导。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的方案是：
[0006] -种实时在线评估输电塔安全状态的方法，包括：
[0007] 步骤1、利用安装于输电塔上的检测仪表采集风速、风向、导线覆冰厚度与温度信 息并传递给分部处理器；
[0008] 步骤2、利用分部处理器建立输电塔线塔耦合体系有限元模型；
[0009] 步骤3、将步骤1采集的信息加载到步骤2中所建立的输电塔线塔耦合体系有限元 模型中；
[0010] 步骤4、利用分部处理器中的计算模块，根据步骤3得到输电线路整体结构受力情 况，并提取分析对点位移、长细比、拉弯应力、压杆稳定性以及轴向力；
[0011] 步骤5、分部处理器将步骤四的提取分析结果通过无线网络传递给总部处理器。
[0012] 所述步骤1中检测仪器采集信息的周期是55S-65S。
[0013] 所述步骤2中，分部处理器通过软件ANSYS建立输电塔线塔耦合体系有限元模型。
[0014] 所述步骤4中，所述计算模块的计算依据包括：
[0015] 垂直导线和地线的风荷载标准值Wx按下式计算
[0016] ffx=a · ff〇 · μζ · μδ〇 · βζ · d · Lp · sin20
[0017] 铁塔的风荷载标准值Ws按下式计算
[0018] ffs=ff〇 · μζ · μ8 · βζ · Af
[0019]其中，α为风压不均匀系数，Wo为基准风压标准值，μζ为风压高度变化系数，μ 8。为导 线或地线体型系数，d为导线或地线外径或覆冰时的计算外径，LP为水平档距，Θ为风向与导 线或地线方向之间的夹角，y s为构件的体型系数，为杆塔风荷载调整系数，Af构件承受风 压投影面积计算值；
[0020] 压弯构件的局部稳定性按下式计算：
[0021]
[0022] 其中，A为构件毛截面积；Φ为构件轴压稳定系数，对角钢构件按最小主惯性轴确 定;mN为压杆稳定强度折减系数;N为轴力;Μ为弯矩设计值;W为构件毛截面抵抗矩;f为材料 的强度设计值。
[0023] -种实时在线评估输电塔安全状态的系统，包括安装于输电塔上的检测仪器，所 述检测仪器连接分部处理器，所述分部处理器通过无线网络连接总部处理器。
[0024] 所述检测仪器包括风速仪、风向仪、温度仪以及导线覆冰厚度检测仪。
[0025] 所述分部处理器包括建模模块、加载模块、计算模块以及数据分析模块;所述建模 模块用于建立有限元模型;所述加载模块用于加载数据;所述计算模块用于计算数据;所述 数据分析模块用于提取分析数据。
[0026]所述无线网络为移动无线网络或者宽带无线网络。
[0027] 所述移动无线网络包括:2G、3G以及4G网络。
[0028]本发明的有益效果为:通过对输电塔结构状态的监控与评估，在输电线路在特殊 气候或线路运行状况严重异常时触发预警信号，为输电线路安全运行修与管理决策提供依 据和指导。本发明所述方法首先通过解析与数值的综合方法建立输电塔线塔耦合体系有限 元模型。然后根据输电塔传输过来的风速、温度等参数状态数据，通过加载程序在输电塔线 塔耦合体系有限元模型中施加均布载荷，计算完成后，通过程序自动分析提取出需要的结 果。根据结构的主要性能指标(如屈服强度、抗拉强度等），结合结构特性分析(包括结构响 应），从运行状态的结构中获取并处理数据，从而诊断结构中是否会有损伤发生，判断损伤 的位置，估计损伤的程度以及损伤对结构将要造成的后果，为输电线路安全运行修与管理 决策提供依据和指导。
【附图说明】
[0029]图1本发明示意图；
[0030] 图2 llOkvZCTJ直线塔单塔有限元模型；
[0031]图3为llOkvZCTJ直线塔线-塔耦合体系有限元模型；
[0032]图4为220kvSJT转角耐张塔单塔有限元模型；
[0033]图5为220kvSJT转角耐张塔线-塔耦合体系有限元模型；
[0034] 图6为500kvSJTZB42A酒杯型单回路直线塔单塔有限元模型；
[0035]图7为500kvSJTZB42A酒杯型单回路直线塔线-塔耦合体系有限元模型；
[0036] 图8为llOkvZGU直线塔单塔有限元模型；
[0037]图9为JT41干字型单回路转角耐张塔线-塔耦合体系有限元模型。
【具体实施方式】
[0038]为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0039] 如图1所示，一种实时在线评估输电塔安全状态的方法，包括：
[0040] 步骤1、利用安装于输电塔上的检测仪表采集风速、风向、导线覆冰厚度与温度信 息并传递给分部处理器；
[0041 ]步骤2、利用分部处理器建立输电塔线塔耦合体系有限元模型；
[0042]步骤3、将步骤1采集的信息加载到步骤2中所建立的输电塔线塔耦合体系有限元 模型中；
[0043]步骤4、利用分部处理器中的计算模块，根据步骤3得到输电线路整体结构受力情 况，并提取分析对点位移、长细比、拉弯应力、压杆稳定性以及轴向力；
[0044] 步骤5、分部处理器将步骤四的提取分析结果通过无线网络传递给总部处理器。
[0045]所述步骤1中检测仪器采集信息的周期是55s-65s。
[0046]所述步骤2中，分部处理器通过软件ANSYS建立输电塔线塔耦合体系有限元模型。 [0047]所述步骤4中，所述计算模块的计算依据包括：
[0048] 垂直导线和地线的风荷载标准值Wx按下式计算
[0049] ffx=a · ff〇 · μζ · μ8〇 · βζ · d · LP · sin20
[0050] 铁塔的风荷载标准值Ws按下式计算 [0051 ] ffs=ffo · μζ · μ8 · βζ · Af
[0052]其中，α为风压不均匀系数，Wo为基准风压标准值，μζ为风压高度变化系数，ys。为导 线或地线体型系数，d为导线或地线外径或覆冰时的计算外径，LP为水平档距，Θ为风向与导 线或地线方向之间的夹角，y s为构件的体型系数，为杆塔风荷载调整系数，Af构件承受风 压投影面积计算值；
[0053]压弯构件的局部稳定性按下式计算：
[0054]
[0055] 其中，A为构件毛截面积；Φ为构件轴压稳定系数，对角钢构件按最小主惯性轴确 定;Π 1Ν为压杆稳定强度折减系数，对等边双角钢构件ι?= 1 · 0; N为轴力;Μ为弯矩设计值;W为 构件毛截面抵抗矩;f为材料的强度设计值。
[0056]限制构件长细比的办法来保证构