一种水泥杆埋深仿真及检测方法与流程

本发明涉及电杆埋深检测，具体地说，涉及一种水泥杆埋深仿真及检测方法。

背景技术：

1、10kv配网作为电力系统的基层部分，对电能传输状况影响较大，其运行稳定性对后期用户的实际使用能力和供电可靠度等均具有影响。社会快速发展带动了电能增长、电能质量的提升，为了保证基础建设工作满足预期要求，当下建设施工已经提高对配网的重视度，同时对应管理工作等需要引起重视。降低10kv架空线路故障问题已经成为当下主要工作内容。在复杂地形环境和恶劣自然气候下，10kv架空配电线路易受到强风、覆冰等极端天气影响，导致不同地区相继发生10kv架空线路舞动故障。舞动故障是架空导线受到强风、覆冰、鸟群、断树等因素作用引发的振动现象，通常舞动频率低、幅度大、持续时间长，易引起风偏放电、绝缘子及金具破损等故障，严重时造成导线断裂与杆塔倒塌，危及电网稳定持续运行。云南电网配网10kv线路杆塔运行环境恶劣，自然灾害频发，外力破坏情况严重，强风、覆冰等恶劣天气下10kv架空线路运行可靠性直接关系配电网供电稳定性。部分老旧杆塔建成时间久，建设标准低，因电杆埋深不足，且夯实不牢固，致杆塔受损情况突出，以及降雨引起土质变化等都是引发混凝土电杆出现倒杆现象的主要原因。

2、由以上论述可知，目前对于架空输电线路仍存在着各种各样的故障，对架空输电线路风险性研究和改造缺乏整体性的评估方案，为了深入分析云南电网配网10kv线路杆塔电杆倒杆的影响因素，采集线路导线、杆塔型号、档距杆塔转角角度、埋深、拉线位置等参数，考虑电杆在强风、覆冰载荷作用下，课题组建立了混凝土电杆及土体相互作用的有限元仿真模型，分析电杆埋深深度对抗倾覆性能的影响。

3、随着电气化的快速发展，水泥杆埋深是电力线路工程中一项十分重要的技术要求。水泥杆的埋设深度是否达到规程要求或设计要求，凭直观无法判断，同时验收时电杆已埋设，隐蔽部分既看不到，又无法测量，所以为了准确、方便地检测水泥杆埋深，确保工程质量，如何检测电杆埋设深度，成为一项值得重视的问题。现有水泥电杆埋深检测的方法有：(1)尺量法；(2)立柱埋深检测仪；(3)超声导波法；(4)探地雷达检测法。但现阶段以上方法存在诸多不足之处：如尺量法效率低，不利于普查，质量监督管理困难；破坏路基和边坡的完整性；成本高；立柱埋深检测仪结果不如直接法直观可靠；必要时需结合其他工程资料进行数据分析；超声导波法原理、实际操作和分析较为复杂；激发条件苛刻；合适激励信号难获取；(4)探地雷达检测法精度差，现有数据分析软件要求使用者具有较丰富的经验。综上所述：现有技术最大的不足是无法适用于存量在运设备，无法实现带电测量。现提出一种地磁感应强度分布变化检测电杆埋深深度的原理研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水泥杆埋深仿真及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种水泥杆埋深仿真方法，包括如下步骤：

3、s1、线路参数采集，参数至少包括线路导线、杆塔型号、档距、杆塔转角角度、水泥杆埋深深度、拉线位置、风速、水泥杆倾斜率等；

4、s2、计算大风风速(一般风速取v＝25m/s)工况下水泥杆所承受载荷；具体包括：

5、s2.1、计算基本风压；

6、s2.2、计算导线风载荷；

7、s2.3、计算无冰风压比载；

8、s2.4、计算水泥杆杆身承受的风载荷；

9、s2.5、计算导线垂直荷载；

10、s2.6、计算导线、地线无冰垂直比载；

11、s2.7、计算地面处最大力矩；

12、s2.8、校核杆塔埋深；

13、s3、建立有限元模型，输入前述的参数，在workbench中对水泥杆进行仿真分析，获取在不同水泥杆埋深下水泥杆的倾斜率，分析埋深对水泥杆抗倾覆性能的影响；

14、s4、采用一种地磁感应强度分布变化检测水泥杆埋深深度的方法提前对水泥杆埋深进行检测，以防止水泥杆倒塌事故的发生。

15、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.1中，基本风压可由下式计算：

16、

17、式中，wv为基本风压值；ρ为标准空气密度，为1.25kg/m3；v为大风风速，一般为25m/s。

18、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.2中，导线风载荷可由下式计算：

19、px＝γ4alp

20、式中，γ4为无冰风压比载；px为导线风载荷；a为导线截面积；lp为水平档距。

21、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.3中，无冰风压比载可由下式计算：

22、

23、式中，α为风压不均匀系数；βc为导线和地线风荷载调整系数；μsc为风载体形系数；μz为风压高度变化系数；d为导线、地线外直径；wv为基本风压值；a为架空的导线截面积。

24、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.4中，水泥杆杆身承受的风载荷可由下式计算：

25、ps＝μzμsβzbafwv

26、式中，ps为风向与水泥杆表面垂直的风荷载标准值；μz为风压高度变化系数；μs为构件体形系数；βz为杆塔风荷载调整系数；b为覆冰时风荷载增大系数；af为构件承受风压的投影面积；wv为基本风压值。

27、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.5中，导线垂直荷载可由下式计算：

28、gd＝nγdalv

29、式中，gd为导线垂直荷载，n为每相导线子导线的根数；γd为导线、地线无冰垂直比载；a为导线截面积；lv为导线、地线垂直档距。

30、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.6中，导线、地线无冰垂直比载可由下式计算：

31、

32、式中，q为架空线的单位长度质量，单位为kg/km；g为重力加速度，g＝9.80665m/s2；a为架空的导线截面积。

33、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.7中，地面处最大力矩的计算，水平荷重的结果是使水泥杆有发生倾斜的趋势(即水平荷重对地面产生的弯矩应小于水泥杆允许的最大弯矩)；故外力在水泥杆地面处产生的最大力矩m为：

34、m＝∑px×(hx+h/3)+ps×(hx+h/2)

35、式中，px为导线风载荷，ps为水泥杆杆身承受的风载荷，hx为各相导线、地线挂点对地距离，h为水泥杆埋深深度，h为水泥杆全高。

36、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s2.8中，校核杆塔埋深，从上可知配电线路水泥杆的埋深先根据国家标准埋深h/10+0.7m来确定，然后根据下式来校核杆塔埋深：

37、

38、式中，h为水泥杆埋深深度，m为外力在水泥杆地面处产生的最大力矩，k为各种型号杆塔的稳定安全系数，μ为常数，m为土壤反作用力的基本特性，kop为单独系数，dcp为电杆埋设深度段的平均直径，单位为m；

39、根据以上计算当h≤h/10+0.7m时，水泥杆不设置卡盘满足要求，否则就需要增加卡盘、底盘、拉线来增加水泥杆的抗倾覆力矩。

40、本发明的目的之二在于，提供了一种水泥杆埋深检测方法，应用于上述的水泥杆埋深仿真方法中的步骤s4，所述步骤s4中，采用一种地磁感应强度分布变化检测水泥杆埋深深度的方法提前对水泥杆埋深进行检测，具体为采用tmr磁传感器阵列来测量有筋杆塔埋深深度，tmr磁传感器阵列由两个磁性层夹着一个绝缘层组成；检测过程包括：

41、将tmr磁阻传感器放置在地面上，然后将有筋杆塔放置在tmr磁阻传感器上方；

42、当有筋杆塔埋入地下时，会对地下磁场产生影响，tmr磁传感器可以检测到这种变化，并通过测量磁场的变化来确定有筋杆塔的埋深深度。

43、本发明的目的之三在于，提供了一种仿真平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的水泥杆埋深仿真及检测方法的步骤。

44、本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的水泥杆埋深仿真及检测方法的步骤。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果：

46、1.该水泥杆埋深仿真及检测方法中，首先采集线路导线、杆塔型号、档距杆塔转角角度、埋深、拉线位置等参数，再通过有限元仿真分析，获取在不同电杆埋深下电杆的倾斜率，从而可以通过仿真分析电杆埋深深度对抗倾覆性能的影响，利于电杆埋深的选择与验算，减少人工测算的工作量；

47、2.该水泥杆埋深仿真及检测方法中，还提出一种地磁感应强度分布变化检测电杆埋深深度的方法提前对电杆埋深进行检测，通过该方法能够提高杆塔埋深测量精度，有效防止水泥杆倒塌事故的发生，提高电杆埋设的安全性。