一种变电站引下线空间找形方法与流程

本发明涉及一种针对软导线的找形方法，具体涉及一种引下线位形状模拟分析方法。

背景技术：

电力系统是维持国民经济命脉的生命线工程。随着社会经济的发展，各领域对于电力依赖的程度越来越大。但日益扩大的电网规模、不断增加的电网容量、逐渐增大的地理跨度，使电网运检受恶劣气象条件的影响也随之增加。强风作用下，引下线及其连接设备的风致破坏时有发生。针对软导线的力学性能研究，2001年hong等人将导线简化为无弯曲刚度的索，建立索导线在自重作用下的找形函数(或公式)。

目前对于导线的位形函数和力学性能研究通常忽略抗弯刚度及悬挂点角度的影响，将其简化为无弯曲刚度的索结构。但是特高压变电站引下线与一般大跨度的导线不同，由于线长明显缩短，其位形函数及力学性能受自身抗弯刚度及挂点角度的影响不能忽略。如采用常规方法对引下线的空间位形进行找形，其模拟结果与引下线的实际空间姿态会产生较大的差异，不能对后续分析提供趋于真实的模拟，影响分析结果。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种结果更趋于真实的变电站引下线空间姿态分析方法。

技术方案如下：

一种变电站引下线空间找形方法，其关键在于按以下步骤进行：

步骤一、根据设计要求，确定引下线的长度，以及所述引下线两端的上下两个挂点在空间内分别对应的挂接位置；

步骤二、在所述引下线的上下两个挂点处分别固定拉绳，在所述固定拉绳的自由端分别连接拉力计，该拉力计的测量端与对应的所述固定拉绳的自由端连接，提升所述拉力计，使所述引下线自然悬垂，将所述引下线的上下两个挂点分别提升至对应的所述挂接位置，并保持上下两个挂点按设计要求取向，所述拉力计的拉伸方向与挂点的取向一致；

步骤三、稳定后，分别记录所述拉力计的读数，其中上挂点的拉力为t1，下挂点的拉力为t2；

步骤四、分别测量所述固定拉绳与水平面之间的夹角，其中上挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角为α，下挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角为β；

步骤五、建立x-y平面直角坐标系，其中x方向为水平方向，y方向为竖直方向，下挂点位于坐标原点，上挂点和下挂点均位于x-y平面内；

测量上挂点的坐标，得到上挂点的水平跨度为l，竖直高度为h；

步骤六、建立所述引下线上的每个点的水平跨度x与竖直高度y的对应关系：

式一：

式二：t0＝t1*cosα＝t2*cosβ；

式三：

式四：p0＝ar；

以上式一、二、三、四中：

c1、c2、c3、c4为待定系数；

a为引下线横截面的截面积；

r为引下线的线密度；

e为引下线的弹性模量；

i为引下线的截面惯性矩；

e为自然常数；

待定系数c1、c2、c3、c4按式五、式六、式七、式八求得：

式五：y(0)＝0；

式六：y'(0)＝a；

式七：y(l)＝h；

式八：y'(l)＝b；

式六和式八中：

a＝sinα；

b＝sinβ；

任意给定所述引下线的水平跨度的数值x0，0≤x0≤l，计算其对应的竖直高度y0，最终得到多组点坐标(x0，y0)，在x-y平面直角坐标系内依次连接每个点坐标，从而模拟得到所述引下线在空间内的分布姿态。

所述步骤四中，在所述固定拉绳处设置铅垂线，待稳定后测量其与所述固定拉绳之间的夹角，从而得到所述固定拉绳与水平面之间的夹角。

所述步骤五中，在所述引下线的下方建立水平基准，在所述引下线的上下两个挂点处分别设置铅垂线，将上挂点竖直投影到所述水平基准上得到第一投影点，并测得第一投影点与上挂点之间的高度差为h1；

将下挂点竖直投影到所述水平基准上得到第二投影点，并测得第二投影点与下挂点之间的高度差为h2；

测量所述第一投影点与所述第二投影点之间的水平距离，从而得到上挂点的水平跨度l，上挂点的竖直高度h＝h1-h2。

附图说明

图1为采用三种方法拟合得到的引下线线形。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

一种变电站引下线空间找形方法，按以下步骤进行：

步骤一、根据设计要求，确定引下线的长度，以及所述引下线两端的上下两个挂点在空间内分别对应的挂接位置；

步骤二、在所述引下线的上下两个挂点处分别固定拉绳，在所述固定拉绳的自由端分别连接拉力计，该拉力计的测量端与对应的所述固定拉绳的自由端连接，提升所述拉力计，使所述引下线自然悬垂，将所述引下线的上下两个挂点分别提升至对应的所述挂接位置，并保持上下两个挂点按设计要求取向，所述拉力计的拉伸方向与挂点的取向一致；

步骤三、稳定后，分别记录所述拉力计的读数，其中上挂点的拉力为t1，下挂点的拉力为t2；

步骤四、分别测量所述固定拉绳与水平面之间的夹角，其中上挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角为α，下挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角为β；

步骤五、建立x-y平面直角坐标系，其中x方向为水平方向，y方向为竖直方向，下挂点位于坐标原点，上挂点和下挂点均位于x-y平面内；

测量上挂点的坐标，得到上挂点的水平跨度为l，竖直高度为h；

步骤六、建立所述引下线上的每个点的水平跨度x与竖直高度y的对应关系：

式一：

式二：t0＝t1*cosα＝t2*cosβ；

式三：

式四：p0＝ar；

以上式一、二、三、四中：

c1、c2、c3、c4为待定系数；

a为引下线横截面的截面积；

r为引下线的线密度；

e为引下线的弹性模量；

i为引下线的截面惯性矩；

e为自然常数；

待定系数c1、c2、c3、c4按式五、式六、式七、式八求得：

式五：y(0)＝0；

式六：y'(0)＝a；

式七：y(l)＝h；

式八：y'(l)＝b；

式六和式八中：

a＝sinα；

b＝sinβ；

任意给定所述引下线的水平跨度的数值x0，0≤x0≤l，计算其对应的竖直高度y0，其中最终得到多组点坐标(x0，y0)，在x-y平面直角坐标系内依次连接每个点坐标，从而模拟得到所述引下线在空间内的分布姿态，完成找形。

具体的，所述步骤四中，所述固定拉绳与水平面之间的夹角可按以下方式测量：在所述固定拉绳处设置铅垂线，待稳定后测量其与所述固定拉绳之间的夹角，从而得到所述固定拉绳与水平面之间的夹角。如在上挂点处测得铅垂线与对应的所述固定拉绳之间的夹角为θ1，则α＝90°-θ1；在下挂点处测得铅垂线与对应的所述固定拉绳之间的夹角为θ2，则β＝90°-θ2；

作为一种具体的事实方式，在所述步骤五中，可以在所述引下线下方的地面上建立水平基准，再在所述引下线的上下两个挂点处分别设置铅垂线，将上挂点竖直投影到所述水平基准上得到第一投影点，并测得第一投影点与上挂点之间的高度差为h1；将下挂点竖直投影到所述水平基准上得到第二投影点，并测得第二投影点与下挂点之间的高度差为h2；

测量所述第一投影点与所述第二投影点之间的水平距离，从而得到上挂点的水平跨度l，上挂点的竖直高度h＝h1-h2。

至于以上公式中的a、r、e、i如何的测量、计算、查询的，对于本领域技术人员来说是熟知的，在此不做赘述。引下线的长度及其两端的上下挂点位置决定了两端挂点切线与水平面的夹角。

下面结合具体的试验对本发明作进一步说明：

试验材料某品牌四分裂软母线(型号：jlhn58k-1600)，其抗弯刚度ei为：1156.23mm⁴，抗弯刚度ei＝弹性模量e*截面惯性矩i；截面积a＝1.684*10^-3m²，线密度r＝4.475kg/m，线长为15m；

设计要求为：上挂点与下挂点处于同一水平位置，其竖直高度为h＝0，水平跨度l＝14m；上挂点与下挂点均为水平取向。

(一)、模拟找形

在所述引下线的两个挂点处分别固定拉绳和拉力计，提升所述拉力计，使所述引下线自然悬垂，将所述引下线的上下两个挂点分别提升至对应的所述挂接位置，在两个挂点下方分别固定有定滑轮，按照设计要求，拉力计水平拉伸固定拉绳，使引下线的端部落在对应的定滑轮上，并使挂点位于对应的挂接位置；此时，两个拉力计测得的拉力值相等，t1＝t2＝465n。

所述固定拉绳与水平面之间的夹角＝设计要求的挂点取向方向与水平面之间的夹角＝挂点切线与水平面之间的夹角；因而上挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角α＝下挂点处的所述固定拉绳与水平面之间的夹角β＝0°；因此，a＝b＝sinα＝sinβ＝0；t0＝t1*cosα＝t2*cosβ＝t1＝t2。

根据边界条件：

y(0)＝0；

y'(0)＝0；

y(14)＝0；

y'(14)＝0；

即可求得待定系数c1、c2、c3、c4；

任意给定所述引下线的水平跨度的数值x0，通过公式一、二、三、四计算其对应的竖直高度y0，不断对x赋值从而得到多组模拟点坐标(x0，y0)，如表1所示。

(二)、实测拟合

提升所述引下线，使所述引下线自然悬垂，将所述引下线的上下两个挂点分别提升至对应的所述挂接位置，并按设计要求固定挂点，使挂点水平取向。测量引下线在不同水平跨度下的实际竖直高度(相对于x轴)，得到多组实测点坐标，如表1所示。

(三)、悬链线找形

采用悬链线模型对引下线进行找形，找形的具体步骤方法可以参考“邓斌等，基于ansys的双分裂导线找形分析，机电信息，2017年第27期总第525期”，在此不做赘述，计算得到引下线在不同水平跨度下的悬链线找形高度，得到多组悬链线点坐标，如表1所示。

表1、模拟找形、实测拟合、悬链线找形坐标数据

根据表1的数据，在x-y平面直角坐标系内，分别根据模拟点坐标、实测点坐标和悬链线点坐标进行拟合找形，依次得到引下线的模拟线形，实测线形和悬链线线形，结果如图1所示。

从表1和图1可以看出，采用本案提供的找形方法得到的引下线线形与实测线形非常吻合，而悬链线找形得到的线形与真实的实测线形相差较为明显。

采用本发明的有益效果是，能得到更贴近真实情况的线形，对于预测、评估引下线的空间分布状态具有重要意义，并对后续分析、研究提供趋于真实的模拟结果，提升分析的准确性。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。