一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法与流程

1.本发明涉及一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法，属于架空线悬挂点应力校验技术领域。


背景技术：

2.架空输电线路，为了保证导线悬挂点在年平均气温下的应力不超过22.5％，故在规程规范中规定悬挂点最大使用应力不超过弧垂最低点水平应力的1.1倍，这主要是针对山区线路导线悬挂点附近悬垂角很大的情况来规定的，悬点张力超过限值，应采取放松导线、降低塔高等措施。然而由于有高差的悬链线方程形式上含有较为复杂的超越函数，在实际工程使用时，不太容易实现快速迭代求解，使得悬挂点应力校验的效率较低。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法，研究悬链线曲率变化规律的基础上，总结出简单而实用的计算公式，方便线路工程绘制“悬挂点应力临界曲线”，工程人员根据此曲线检查档距及高差，即可检查校验悬挂点应力是否满足规范要求。
4.本发明的技术方案如下：
5.一方面，本发明提出一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法，包括以下步骤：
6.获取架空线各个工况下的综合比载和允许应力，并获取架空线路的档距范围和高差范围；
7.在代表档距为l，高差为h的情况下，判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk；
8.假设导线低悬挂点到导线弧垂最低点的水平投影长度占整档的比例系数为最低点调整系数t，按照以下公式列出悬挂点应力系数方程f(t)：
[0009][0010]
式中，t》0时，弧垂最低点落在档中；t＝0时，弧垂最低点恰好落在低悬挂点处；t《0时，弧垂最低点在档外；
[0011]
结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)，并求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系；
[0012]
根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)；
[0013]
根据上述步骤，获取若干组对应档距与对应最大允许高差h(t)的绘图系列数据，通过绘图系列数据绘制悬挂点应力临界曲线，根据悬挂点应力临界曲线以及线路工程平断面定位图进行架空线悬挂点应力校验。
[0014]
作为优选实施方式，所述判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk的方法具体为：
[0015]
根据以下公式判断哪一工况为悬挂点应力控制工况：
[0016][0017]
式中，l为代表档距；i为对应工况的序号；xi为对应工况的曲率系数；γi为对应工况的比载；σi为对应公开的允许应力；vi为垂直荷载折算成的悬挂点应力的垂直分量估算值；max为比较v1～vn的值的操作过程，并将其中最大者记为v
max
；当vi＝v
max
时，vi对应的工况即为控制工况；
[0018]
xk为当vi＝v
max
时，记录此时的xi为控制工况对应的曲率系数xk。
[0019]
作为优选实施方式，所述结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)的公式以及求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系的公式具体为：
[0020][0021]
作为优选实施方式，所述根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)的公式具体为：
[0022][0023]
另一方面，本发明还提出一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验系统，包括：
[0024]
参数获取模块，用于获取架空线各个工况下的综合比载和允许应力，并获取架空线路的档距范围和高差范围；
[0025]
控制工况判断模块，用于在代表档距为l，高差为h的情况下，判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk；
[0026]
最低点调整系数方程构建模块，用于假设导线低悬挂点到导线弧垂最低点的水平投影长度占整档的比例系数为最低点调整系数t，按照以下公式列出悬挂点应力系数方程f(t)：
[0027][0028]
式中，t》0时，弧垂最低点落在档中；t＝0时，弧垂最低点恰好落在低悬挂点处；t《0时，弧垂最低点在档外；
[0029]
参数关系获取模块，用于结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)，并求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系；
[0030]
高差计算模块，用于根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)；
[0031]
应力校验模块，用于根据参数关系获取模块以及高差计算模块，获取若干组对应档距与对应最大允许高差h(t)的绘图系列数据，通过绘图系列数据绘制悬挂点应力临界曲线，根据悬挂点应力临界曲线以及线路工程平断面定位图进行架空线悬挂点应力校验。
[0032]
作为优选实施方式，所述控制工况判断模块判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk的方法具体为：
[0033]
根据以下公式判断哪一工况为悬挂点应力控制工况：
[0034][0035]
式中，l为代表档距；i为对应工况的序号；xi为对应工况的曲率系数；γi为对应工况的比载；σi为对应公开的允许应力；vi为垂直荷载折算成的悬挂点应力的垂直分量估算值；max为比较v1～vn的值的操作过程，并将其中最大者记为v
max
；当vi＝v
max
时，vi对应的工况即为控制工况；
[0036]
xk为当vi＝v
max
时，记录此时的xi为控制工况对应的曲率系数xk。
[0037]
作为优选实施方式，所述参数关系获取模块结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)的公式以及求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系的公式具体为：
[0038][0039]
作为优选实施方式，所述高差计算模块根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)的公式具体为：
[0040][0041]
再一方面，本发明还提出一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述的基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法。
[0042]
再一方面，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法。
[0043]
本发明具有如下有益效果：
[0044]
本发明一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法，针对传统的有高差的悬链线方程形式上含有较为复杂的超越函数，在实际工程使用时，不太容易实现快速迭代求解的缺点，经过研究悬链线曲率变化规律，给出不需要迭代计算的初等函数表达式以计算最低点调节系数，进而计算特定气象条件与导线组合下、工程档距范围内的最大允许
高差；本发明依据最低点调节系数计算出的悬挂点应力，比最大允许值，约小0.143％即(悬挂点应力为最低点的1.0984倍，满足小于1.1倍的要求)，这样计算出的曲线误差较小，绝对误差约预留0.1mpa的裕度，且偏于安全，在实际工程上可推广使用。
附图说明
[0045]
图1为本发明实施例的方法流程示意图；
[0046]
图2为本发明实施例中悬挂点应力临界曲线的示意图；
[0047]
图3为本发明应用实例中覆冰控制情况下的悬挂点应力临界曲线示意图；
[0048]
图4为本发明应用实例中覆冰控制情况下、放松系数为0.95时的悬挂点应力临界曲线。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0051]
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0052]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0053]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0054]
实施例一：
[0055]
参见图1，本实施例提出一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法，包括以下步骤：
[0056]
步骤s100、获取架空线各个工况下的综合比载和允许应力；为方便说明，本实施例特别列出三个工况下的综合比载和允许应力如表1所示：
[0057]
表1：各工况比载及电线允许应力对比表
[0058][0059]
最大风、年平均气温及覆冰为悬挂点可能超限的工况，比载、气温及允许应力都是
已知的。并获取架空线路的档距范围和高差范围。
[0060]
步骤s200、在代表档距为l(单位m)，高差为h(正值，单位m)的情况下，按照(式1)判断三种工况中，哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk；
[0061][0062]
式中，l为代表档距；i为对应工况的序号；xi为对应工况的曲率系数；γi为对应工况的比载；σi为对应公开的允许应力；vi为垂直荷载折算成的悬挂点应力的垂直分量估算值；max为比较v1～vn的值的操作过程，并将其中最大者记为x
max
；当vi＝v
max
时，vi对应的工况即为控制工况；xk为当vi＝v
max
时，记录此时的xi为控制工况对应的曲率系数xk；
[0063]
需要说明的是，在工程实践中，一般可根据气象条件结合工程经验，直接判断由哪个工况控制。悬挂点应力超过限值的工况，在沿海多为最大风工况，在内陆多为覆冰工况，年平均应力情况下悬挂点应力超限仅仅发生在1000m以上大档距的情况下。若不太清楚是哪个工况控制，可取工程的平均档距以及最大可能的高差，按(式1)的方法进行试算来确定控制工况。
[0064]
步骤s300、假设断面图上导线左悬挂点为低悬挂点，其到导线弧垂最低点的水平投影长度占整档的比例系数为最低点调整系数t，按照(式2)列出悬挂点应力系数方程f(t)：
[0065][0066]
式中，l为档距，单位为m；t为低悬挂点到弧垂最低点的水平投影长度占整档的比例系数，本文称之为最低点调节系数，t》0，弧垂最低点落在档中(为实际存在的点)，t＝0，弧垂最低点恰好落在低悬挂点处，t《0，弧垂最低点在档外(为虚拟点)。
[0067]
步骤s400、结合规范，按照(式3)列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)，并求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系；
[0068][0069]
步骤s500、按照(式4)，根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)；
[0070][0071]
式中，h(t)为高差表达式为关于低悬挂点到弧垂最低点水平投影系数t的函数，单位为m。
[0072]
步骤s600、根据(式3)以及(式4)，计算一系列档距(200m～1000m，步长100m)下的允许高差h(t)(保留一位小数)，形成档距与允许高差的绘图系列数据，然后根据这些数据，采用电子表格的图表功能选择xy散点图，绘制出“悬挂点应力临界曲线”；本实施例中形成
的绘图系列数据如下表2所示：
[0073]
表2电子表格数据格式
[0074]
档距l(m)最低点调节系数t高差h(m)200-5.5309685.4300-3.35397122.3400-2.26548155.5500-1.61238185.0600-1.17699210.9700-0.86599233.3800-0.63274252.1900-0.45132267.51000-0.30619279.5
[0075]
根据表2的数据绘制成的悬挂点应力临界曲线如图2所示(仅为示意)。
[0076]
步骤s601、检查线路工程平断面定位图。逐档检查档距、高差范围，若档距(横坐标)，高差(纵坐标)落在悬挂点应力临界曲线下方的，则知此档两侧悬挂点应力未超限值，否则就是超过限值，需要在工程上采取一定措施(如放松导线，降低塔高，调整线路路径等措施，这些措施不是本实施例所关注的重点)以降低悬挂点应力值，采取措施后，应再次对该档进行悬挂点应力校验工作，直到档距、高差满足要求为止。
[0077]
若采取放松导线的措施，假定此时需要检查的档距为l，高差为h0，可用式(5)计算放松系数为μ(《1)时t的值，最后求解h(t)，看其是否大于给定的高差，若是，则悬挂点应力满足要求，否则需要进一步放松，μ可以从0.950、0.925、0.900、0.875、0.850、0.825、0.800等系列中取，超过此范围时，可按每间隔0.025向下试放松计算，直到满足h(t)≥h0为止。
[0078][0079]
式中，μ为对最大使用应力的放松系数(若是年平气温控制，则为对年平均应力的放松系数)；d为原g(t)方程中新的常数项，用以替换(式3)中原来的常数项0.1(保留原来的负号不变)；xd为导线放松后，新的曲率系数；一般情况下，导线放松系数取到0.875能满足大多数情况的要求。
[0080]
传统的有高差的悬链线方程形式上含有较为复杂的超越函数，在实际工程使用时，不太容易实现快速迭代求解，本实施例提出的方法根据这一缺点，经过研究悬链线曲率变化规律，给出不需要迭代计算的初等函数表达式以计算最低点调节系数，进而计算特定气象条件与导线组合下、工程档距范围内的最大允许高差。
[0081]
根据测算，本实施例提出的方法依据最低点调节系数计算出的悬挂点应力，比最大允许值，约小0.143％即(悬挂点应力为最低点的1.0984倍，满足小于1.1倍的要求)，这样计算出的曲线误差较小，绝对误差约预留0.1mpa的裕度，且偏于安全，在实际工程上可推广使用。本实施例提出的方法主要用于施工图设计阶段对导线或地线悬挂点应力进行校验，适用于所有电压等级。
[0082]
为证明本实施例提出的计算方法的有效性和优越性，以下提供一具体应用实例：
[0083]
某线路，已知悬挂点应力可能控制工况的比载及允许水平应力见表3：
[0084]
表3：比载及电线允许水平应力
[0085][0086]
现根据表3提供的数据绘制悬挂点应力临界曲线，以平均档距500m、最大高差200m为例，根据本实施例中的(式1)计算的vi值如表4：
[0087]
表4：控制工况判断
[0088][0089][0090]
由表4可知，平均档距500m、最大高差200m时，悬挂点应力控制工况为设计覆冰工况，此时xk＝4.69565
×
10-4
/m。
[0091]
根据本实施例中的(式3)和(式4)，计算出表5所示的数据：
[0092]
表5覆冰控制下的悬挂点临界曲线数据
[0093]
档距l(m)最低点调节系数t高差h(m)lth200-3.686682.4300-2.1244115.6400-1.3433143.7500-0.8746166.9600-0.5622185.2700-0.3390198.7800-0.1716207.5900-0.0415211.6
10000.0627211.0
[0094]
根据表5，绘制悬挂点应力曲线如图3所示。
[0095]
现有一档的档距为600m，高差为230m，判断高悬挂点的应力是否超限的分析过程如下：
[0096]
根据步骤s601，档距为600m，高差为230m组成的点坐标为(600,230)，查图3曲线可知，该点位于曲线上方，故知该档高悬挂点的应力超过限值，工程上应采取一定的措施。
[0097]
因该档的高悬点应力超限，拟将最大使用应力降低5％，判断能否满足规范对于悬挂点应力的要求的过程如下：
[0098]
若采用放松导线的措施，将最大使用应力从92mpa降低5％到87.4mpa，则由(式5)可得：
[0099][0100]
由上述的计算结果可知，h(t)》230m，故能满足要求，且放松后有较大的裕度空间。也可根据上述计算过程中的按步骤s600的方法重新绘制悬挂点应力曲线如图4所示。
[0101]
从图4也可看出，点(600,230)在曲线下方的安全区域内，因此按最大使用应力降低5％能满足规范要求。
[0102]
由上述应用实例可知，本实施例提出的方法避免了采用较为复杂的超越函数计算，无需程序迭代即可计算特定气象条件及导线组合下的悬挂点应力临界曲线，特别容易通过电子表格或普通科学计算器实现快速计算，当然也适用于计算机程序设计。
[0103]
本实施提出的方法在已知给定的参数的情况下，利用最低点调节系数为参变量，将悬挂点应力转换为水平方向的弧垂最低点位置变化关系进行分析计算，可与架空线平断面图的直观感受结合起来进行分析，更便于增强工程师对电线受力状态变化的感性认识，其主要的公式在于(式2)、(式3)及(式4)，数学模型简单，无论是手算还是使用电子表格计算或是计算机编程都十分便捷，因此应用效果十分显著。
[0104]
实施例二：
[0105]
本实施例提出一种基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验系统，包括：
[0106]
参数获取模块，用于获取架空线各个工况下的综合比载和允许应力，并获取架空线路的档距范围和高差范围；该模块用于实现如实施例一中步骤s100的功能，在此不再赘
述；
[0107]
控制工况判断模块，用于在代表档距为l，高差为h的情况下，判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk；该模块用于实现如实施例一中步骤s200的功能，在此不再赘述；
[0108]
最低点调整系数方程构建模块，用于假设导线低悬挂点到导线弧垂最低点的水平投影长度占整档的比例系数为最低点调整系数t，按照以下公式列出悬挂点应力系数方程f(t)：
[0109][0110]
式中，t》0时，弧垂最低点落在档中；t＝0时，弧垂最低点恰好落在低悬挂点处；t《0时，弧垂最低点在档外；该模块用于实现如实施例一中步骤s300的功能，在此不再赘述；
[0111]
参数关系获取模块，用于结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)，并求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系；该模块用于实现如实施例一中步骤s400的功能，在此不再赘述；
[0112]
高差计算模块，用于根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)；该模块用于实现如实施例一中步骤s500的功能，在此不再赘述；
[0113]
应力校验模块，用于根据参数关系获取模块以及高差计算模块，获取若干组对应档距与对应最大允许高差h(t)的绘图系列数据，通过绘图系列数据绘制悬挂点应力临界曲线，根据悬挂点应力临界曲线以及线路工程平断面定位图进行架空线悬挂点应力校验；该模块用于实现如实施例一中步骤s600和s601的功能，在此不再赘述。
[0114]
作为本实施例的优选实施方式，所述控制工况判断模块判断哪一工况为悬挂点应力控制工况，并获取控制工况对应的曲率系数xk的方法具体为：
[0115]
根据以下公式判断哪一工况为悬挂点应力控制工况：
[0116][0117]
式中，l为代表档距；i为对应工况的序号；xi为对应工况的曲率系数；γi为对应工况的比载；σi为对应公开的允许应力；vi为垂直荷载折算成的悬挂点应力的垂直分量估算值；max为比较v1～vn的值的操作过程，并将其中最大者记为v
max
；当vi＝v
max
时，vi对应的工况即为控制工况；
[0118]
xk为当vi＝v
max
时，记录此时的xi为控制工况对应的曲率系数xk。
[0119]
作为本实施例的优选实施方式，所述参数关系获取模块结合规范，列出悬挂点应力恰好达到规范规定的临界值时的目标函数g(t)的公式以及求解出最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系的公式具体为：
[0120][0121]
作为本实施例的优选实施方式，所述高差计算模块根据最低点调整系数t与曲率系数xk和档距l的关系，计算档距l对应的最大允许高差h(t)的公式具体为：
[0122][0123]
实施例三：
[0124]
本实施例提出一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述的基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法。
[0125]
实施例四：
[0126]
本实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的基于最低点调节法的架空线悬挂点应力校验方法。
[0127]
本技术实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0128]
本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0129]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0130]
在本技术所提供的几个实施例中，任一功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory；以下简称：rom)、随机存取存储器(random access memory；以下简称：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0131]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。