一种强风作用下输电线路安全性能的评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及输电线路安全性能评估技术领域，具体讲设及一种强风作用下输电线 路安全性能的评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着电网建设尤其是特高压交直流电网建设的逐步推进，重要输电通道占整个电 网的比例逐年提高，3条及W上交、直流输电线路（电压等级500kV及W上)在同一个狭小断 面中通过的情况已较为普遍。W安徽安庆-宣城输电通道为例，该通道合计输送容量 19600MW，± SOOkV锦苏线、± SOOkV复奉线、± 500kV葛南/林枫线在池州市汇入220kV官徽 线，平行长度为8.878km，四回线路的平均间距仅为150m。重要通道输电线路在强风作用下 一旦发生机械破坏，将造成重大经济损失和社会影响，严重影响国民经济和人民生活。
[0003] 杆塔作为架空输电线路的支撑结构，在输电线路系统中占有重要地位，其安全性 和可靠性对于保证输电线路系统的安全稳定运行具有重要意义。杆塔结构一旦发生机械损 伤或破坏，相对于风偏跳闽、覆冰闪络等电气事故而言，其修复难度大、成本高，且一般不能 迅速恢复供电。对于狭窄断面内有多条高电压等级输电线路通过的通道，某一条输电线路 杆塔发生倒塌时，很可能会对相邻输电线路杆塔产生影响，甚至导致连续倒塔。分析重要输 电通道内杆塔发生灾害时的相互影响规律，通过仿真分析评估输电杆塔的健康状态，提出 重要输电通道杆塔各类潜在灾害的风险分级标准和预防措施，对于建立多层次、全方位的 杆塔灾害预警和预防机制，实现重要输电通道安全预警、提升电网防灾能力具有重要意义。
[0004] 目前还没有针对多条超/特高压线路经过同一断面情况进行安全评估的方法，尤 其是强风作用下杆塔结构的破坏模式对相邻输电线路的安全性能具有重要影响，更需要提 出适用的输电线路安全性能评估方法，为重要通道输电线路设计及运行维护提供参考和依 据。
[0005] 为满足现有技术的发展，克服现有技术的缺陷，需要提供一种强风作用下输电线 路安全性能的评估方法。
【发明内容】
[0006] 为了针对多条超/特高压线路经过同一断面情况进行安全评估，本发明提供一种 强风作用下输电线路安全性能的评估方法。
[0007] 本发明提供的强风作用下输电线路安全性能的评估方法，其改进之处在于，所述 评估方法包括W下步骤：
[000引（1)建立输电线路塔线体系有限元模型；
[0009] (2)确定杆塔螺栓节点的松脱位置；
[0010] (3)确定杆塔螺栓节点的风振次数；
[0011] (4)分析杆塔杆件的应力特征；
[0012] (5)评估破坏模式对相邻输电线路安全性能的影响。
[0013] 进一步的，其特征在于，所述步骤（I)中，根据输电线路断面图和杆塔司令图，生成 的导线、地线和杆塔的节点空间坐标建立有限元模型。
[0014] 进一步的，所述步骤(2)包括，按下式计算杆塔、导线和地线承受的风压，确定杆塔 螺栓节点的松脱位置：
[0015]
[0016] 其中，P表示空气密度，？表示平均风风速，U表示脉动风风速。
[0017] 进一步的，所述脉动风的载荷的确定包括：
[001引（1)进行傅立叶变换，确定与达文波特风谱对应的随机傅立叶谱函数表达式；
[0019] (2)编制MATLAB数值分析程序，生成不同高程的脉动风风速时程曲线；
[0020] (3)确定不同高度处杆塔和导线、地线的脉动风荷载时程。
[0021] 进一步的，步骤(3)包括，根据下式确定所述螺栓节点风振次数：
[0022] N=T X 24 X 3600 Xf
[0023] 其中，V为平均风速，T为强风过程持续时间，单位为天;脉动风荷载的频率为f = max(f 1，fr)，一阶振动频率f 1通过模态分析确定，fr = 0.04化为达文波特环境风谱的卓越频 率。
[0024] 进一步的，所述步骤(4)包括，通过瞬态动力分析确定强风作用下杆塔结构的杆件 轴力时程，并按照受压杆件的强度和受压稳定计算并校核杆件最大应力比。
[0025] 进一步的，所述步骤(5)中，判断步骤(2)的计算方法中螺栓节点是否会发生松脱； 若螺栓发生松脱导致横担损坏或掉落，不会对相邻输电线路的安全性产生影响。
[0026] 进一步的，所述判断螺栓节点是否发生松脱的标准为:平均风速为V时，横担螺栓 节点发生松脱的振动次数临界值为Nv-Iim,若N含Nv-Iim,螺栓节点不会发生松脱;若N〉Nv-lim， 螺栓节点发生松脱；
[0027] 进一步的，所述步骤(5)中，按下式计算杆塔的截断点距塔顶的高度出：
[002引 出=H-化
[0029] 其中，出为截断点距地面的高度，H为杆塔高度；
[0030] 根据杆塔的有效倒塌高度出，判断相邻输电线路间距离为L情况下，杆塔倒塌的影 响。
[0031] 进一步的，根据截断点距塔顶的高度判断He与相邻输电线路间距离L的关系判断 杆塔倒塌对相邻输电线路安全性的影响。
[0032] 与最接近的现有技术比，本发明具有W下优异效果：
[0033] 1、本发明提供的评估方法是针对多条超/特高压线路经过同一断面情况进行安全 评估的，为重要通道输电线路设计及运行维护提供参考和依据，减小建成后强风作用下，杆 塔倒塌造成的经济损失。
[0034] 2、本发明提供的评估方法可依据实际输电线路段参数建立有限元仿真模型，通过 瞬态动力分析确定强风作用下杆塔结构受力特征和倒塌规律，可考虑强风作用下导线、地 线的大变形影响，能够反映一条输电线路杆塔结构破坏对相邻输电线路安全性能的影响， 与传统的输电线路安全性能评估方法相比，具有更好的适用性和更高的精度。
[0035] 说明书附图
[0036] 图I为杆塔节段高度分布示意图；
[0037] 图2为塔线体系有限元模型示意图；
[0038] 图3为脉动风风速时程曲线图；
[0039] 其中，1-截断点；2-地线;3-导线;4-悬垂串；5-杆塔。
【具体实施方式】
[0040] 为详细的介绍本发明提供的在强风作用下输电线路安全性能的评估方法，W下将 结合说明书附图和具体实施例进行说明。
[0041] 在强风作用下杆塔结构破坏的原因主要有两类:一是强风持续作用下杆塔节点螺 栓松脱进而导致结构局部或整体发生破坏，二是强风作用下杆塔杆件应力超过设计强度进 而导致杆塔发生整体倒塌破坏。本发明将通过建立重要通道输电线路段机械力学仿真模 型，分析强风作用下杆塔杆件应力超限及节点螺栓松脱导致的杆塔倒塌模式，确定某一条 输电线路杆塔倒塌对相邻输电线路安全性能的影响程度，实现强风作用下重要通道输电线 路安全性能的评估。
[0042] 本发明提供的评估方法，其包括W下步骤：
[0043] 1.建立重要通道输电线路塔线体系有限元模型
[0044] 根据重要通道输电线路断面图和杆塔司令图，生成导线、地线和杆塔的节点空间 坐标;在空间坐标的基础上采用梁单元和杆单元建立杆塔有限元模型，其中塔身主材和横 担主材采用梁单元，塔身斜材和横担斜材采用杆单元，主材与斜材连接方式为较接;采用索 单元建立导线、地线模型，导线、地线在安装状态下的初始几何构型满足悬链线方程;采用 杆单元建立悬垂串模型，悬垂串与导线和杆塔的连接方式为较接。
[0045] 2、确定持续强风作用下杆塔螺栓节点的松脱位置；
[0046] 确定松脱位置的具体步骤为：
[0047] (1) W达文波特风谱为目标谱进行傅立叶变换，得到与达文波特风谱对应的随机 傅立叶谱函数表达式；
[004引（2)编制MATLAB数值分析程序，将达文波特风谱通过傅立叶变换生成不同高程的 脉动风风速时程曲线；
[0049] (3)确定不同高度处杆塔和导、地线的脉动风荷载时程。
[0050] 将平均风荷载与脉动风荷载叠加，W集中荷载的形式施加在杆塔和导线、地线节 点上。空气密度为加寸，同时包含平均风风速y和脉动风风速U影响的风压计算表达式为：
[0化1 ]
(a)
[0052] W上式计算杆塔所承受的风压。横担是悬垂串与杆塔的连接部位，承受来自导线 的脉动风荷载，在强风作用下其螺栓节点最易发生松动。
[0053] 3.确定持续强风作用下杆塔螺栓节点的风振次数
[0054] 采用步骤1所列方法建立的重要通道输电线路塔线体系有限元模型，通过模态分 析确定杆塔横担的一阶振动频率fi，达文波特环境风