变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法
【专利摘要】本发明公开了一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，包括：初步设定管型母线的跨度和相间距；选定一定型号母线；确定各种工况下，基本因素的取值；分别计算自重和最大风速作用下、自重和覆冰作用下、短路以及地震时管型母线所受应力；判断上述每种情况下计算的管型母线所受应力是否均小于管型母线最大允许应力；计算管型母线挠度；判断管型母线挠度是否小于设定值。本发明有益效果：充分考虑了不同气象条件因素对管型母线的影响，实现了电学和力学的合理整合，克服了实际工程中仅依靠电学理论或经验选择双跨悬吊管型母线的弊端，减小了人为因素所造成的误差，保证变电站的正常运行。
【专利说明】变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法。
【背景技术】
[0002] 在变电站布置设计中，管型母线方案是户外布置方案中的主流，且布置方式多样， 管型母线的布置形式主要分为支持管型母线和悬吊管型母线，其中支持管型母线的选型方 法日趋完善，而悬吊管型母线的选型方法基本处于空白阶段，未有完善的选型过程及计算 体系，《电力工程电气设计手册》及相关的书籍和期刊论文亦没有解决方案。
[0003] 悬吊管型母线多应用在500kV及更高电压等级的变电站，选型主要根据母线载流 量和工程经验选择，由于国内500kV及以上电压等级变电站布置方式比较常规，所采用母 线载流量大，故根据载流量选择的管型母线直径很大，基本都可以满足应力及挠度的要求。 但对于悬吊管型母线跨度很大、集中荷载位置变化、母线载流量较小的变电站，尤其对于国 外工程，若不经过系统全面的计算进行管型母线选型、合理施工，所采用管型母线很有可能 在某些工况下不满足应力和挠度要求，其后果轻则致使母线变弯，影响电气设备的可靠连 接；重则导致母线直接断裂，变电站停电，给安全生产带来极大的隐患。
[0004] 如何合理科学地选择悬吊管型母线是变电站设计中的一大难题，直接关系到变电 站的可靠性、电力系统的稳定性，关乎生产活动的安全性，影响人们生命财产安全。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种变电站双跨悬吊管型母线选型 布置方法，该方法充分考虑了不同气象条件因素对管型母线的影响，实现了变电站悬吊管 型母线的准确选型。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤一：初步设定管型母线的跨度和相间距；
[0009] 步骤二：在备选管型母线中选定一定型号母线；
[0010] 步骤三：确定各种工况下，基本因素的取值；具体包括：关于安全系数与荷载标准 值取值标准，风因素的量值取值标准，覆冰因素的量值取值标准，短路电动力的计算方法， 地震力的计算方法，管型母线荷载组合条件，材料的最大允许应力以及管形导体的挠度限 值。
[0011] 步骤四：分别采集绝缘子串沿管型母线轴线的投影长度、绝缘子串坚向投影长度 以及绝缘子串的重力，分别计算自重和最大风速作用下、自重和覆冰作用下、短路以及地震 时管型母线所受应力；
[0012] 步骤五：判断上述每种情况下计算的管型母线所受应力是否均小于管型母线最大 允许应力，如果是，转至步骤六；如果至少有一种情况下管型母线所受应力大于或等于管型 母线最大允许应力，则遍历步骤二至步骤四；
[0013] 步骤六：计算管型母线挠度；
[0014] 步骤七：判断步骤六中管型母线挠度是否小于设定值，如果是，确定管型母线的型 号、跨度及相间距分别为步骤一和步骤二中设定的管型母线型号、跨度和相间距，否则，遍 历步骤二至步骤六。
[0015] 所述步骤四中，计算自重和最大风速作用下管型母线所受应力的具体方法为：
[0016] (4-11)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ ω、Β吊点处截 面弯矩mcb和正直吊力Vp v2, v3, v4;
[0017] 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Mjz、A吊点处截面弯矩MjA、B吊点处截 面弯矩M jB和正直吊力Vp Vj2, Vj3, VJ4 ;
[0018] 计算最大风速所对应的跨中截面弯矩Mfz、A吊点处截面弯矩MfA、B吊点处截面弯 矩M fB ;所述最大风速根据地理位置的不同，取相应位置历史风速数据的最大值；
[0019] (4-12)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩札、A吊点处的截面弯矩 M2、B吊点处的截面弯矩M3 ;
[0020] M1= pl+iM^+Ml)
[0021] M2=p2fA+{MlA+M]A)
[0022] Μ3 = ^Μ20 +(ΜΙβ +Μ]β)
[0023] (4-13)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力Ru及右跨的拉力Rrl ;
[0024] Rn = -(^+ PC{ +V：l) V
[0025] Rrl=-(V4+PCl + Vj4) v
[0026] 式中，h是绝缘子串沿管型母线轴线的投影长度；v是绝缘子串坚向投影长度；Pq 是绝缘子串的重力。
[0027] (4-14)根据左跨的拉力Ru和合成跨中截面弯矩札计算应力〇 i ;根据左跨的拉 力Ru和A吊点处的截面弯矩M2计算应力〇 2 ;根据右跨的拉力Rrl和B吊点处的截面弯矩 M3计算应力σ 3 ; M, Rn Μ. ? Rn Μ , R,
[0028] σι = -L + - ； σ? = -- + - ; σ3 = -- + -; W A ^ W A - W A
[0029] 其中，W是管型母线的截面系数;Α是管型母线的截面面积。
[0030] 所述步骤四中，计算自重和覆冰作用下管型母线所受应力的具体方法为：
[0031] (4-21)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ ω、Β吊点处截 面弯矩mcb和正直吊力Vp v2, v3, v4;
[0032] 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Mjz、A吊点处截面弯矩MjA、B吊点处截 面弯矩M jB和正直吊力Vp Vj2, Vj3, VJ4 ;
[0033] 计算覆冰荷载时所对应的跨中截面弯矩Mbz、A吊点处截面弯矩MbA、B吊点处截面 弯矩M bB和正直吊力Vbl, Vb2, Vb3, Vb4 ;
[0034] 计算覆冰时的风速所对应的跨中截面弯矩Mbfz、A吊点处截面弯矩MbfA、B吊点处截 面弯矩MbfB ;
[0035] (4-22)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩Μ' pA吊点处的截面弯矩 M'2、B吊点处的截面弯矩M'3 ;
[0036] M; = +
[0037] M'2= plfA + (MlA+M2jA+MlA)
[0038] Μ; = ^MltB + {M2GB+M2jB+M2bB)
[0039] (4-23)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R12及右跨的拉力Rr2 ;
[0040] ^=-(^+^ + ^+^) V
[0041] i?rl=-(F4+PC1+F, 4 + FM) V
[0042] (4-24)根据左跨的拉力R12和合成跨中截面弯矩M' i计算应力〇 i ;根据左跨的 拉力R12和A吊点处的截面弯矩M' 2计算应力〇 ' 2 ;根据右跨的拉力Rr2和B吊点处的截面 弯矩，3计算应力〇'3; 「 . M, Rn , R n , Μ., R,。 W A ^ W A ' W A
[0044] 其中，W是管型母线的截面系数;Α是管型母线的截面面积。
[0045] 所述步骤四中，计算短路时管型母线所受应力的具体方法为：
[0046] (4-31)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ ω、Β吊点处截 面弯矩MCB和正直吊力V2, V3, V4 ;
[0047] 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Mjz、A吊点处截面弯矩MjA、B吊点处截 面弯矩M jB和正直吊力Vp Vj2, Vj3, VJ4 ;
[0048] 计算短路时所对应的跨中截面弯矩Mdz、A吊点处截面弯矩MdA、B吊点处截面弯矩 Μ? ;
[0049] 计算50%最大风速所对应的跨中截面弯矩M5(l%fz、A吊点处截面弯矩M5(l%fA、B吊 点处截面弯矩M 5(l%fB ;
[0050] (4-32)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩Μ" pA吊点处的截面弯 矩Μ" 2、B吊点处的截面弯矩M" 3;
[0051 ] M'；=輕-+ Μ") + (Λ4+Μ;ζ)
[0052] Μ；= ?0(ΜΚ)
[0053] Μ；= ^(Μ^ + Μ^φ) + (Μ?Β +Mjb)
[0054] (4-33)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R13及右跨的拉力Rr3 ;
[0055] R;'=L(Vt+PCt+Vit) V
[0056] Rr3=-(V4 + PCl+Vj4) V
[0057] (4-34)根据左跨的拉力R13和合成跨中截面弯矩M" i计算应力〇 i ;根据左跨 的拉力R13和A吊点处的截面弯矩M" 2计算应力〇" 2;根据右跨的拉力1^和8吊点处的 截面弯矩M" 3计算应力〇 " 3; Μ' /?,, , R,, - M, R ,
[0058] σ, =-L + - ； ； σ, =^- + -； W A 2 W A W A
[0059] 其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
[0060] 所述步骤四中，计算地震时管型母线所受应力的具体方法为：
[0061] (4-41)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ ω、Β吊点处截 面弯矩mcb和正直吊力Vp v2, v3, v4;
[0062] 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Mjz、A吊点处截面弯矩MjA、B吊点处截 面弯矩M jB和正直吊力Vp Vj2, Vj3, VJ4 ;
[0063] 计算地震时所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩MeA、B吊点处截面弯矩 MeB 和正直吊力 Vel，Ve2，Ve3，Ve4;
[0064] 计算25%最大风速所对应的跨中截面弯矩M25%fz、A吊点处截面弯矩M 25%fA、B吊 点处截面弯矩M25% fB和正直吊力 ^25% fl> ^25% f2> ^25% f3> ^25% f4 ；
[0065] (4-42)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩Μ" ' p A吊点处的截面 弯矩Μ" '2、B吊点处的截面弯矩Μ" '3;
[0066] Μ;" = + M；5".at：) +(Μ l_+ M]z)
[0067] M：= ^M：a + M^ + (M2ga+M：4)
[0068] M；= ^(M；b + ) + (MlB + M)b )
[0069] (4-43)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R14及右跨的拉力Rr4 ;
[0070] Rl4=-(Vl+PC1+Vel) V
[0071] R,4=-(v4+PC1+ve4) V
[0072] (4-44)根据左跨的拉力R14和合成跨中截面弯矩Μ" ' i计算应力σ " ' i ;根据左 跨的拉力R14和A吊点处的截面弯矩Μ" '2计算应力σ" '2;根据右跨的拉力1^4和8吊点 处的截面弯矩Μ" ' 3计算应力。"' 3 ; 「 ^ Μ," Ria ... Μ," R,, .? M," R. 'W A. - W A ' W A
[0074] 其中，W是管型母线的截面系数;Α是管型母线的截面面积。
[0075] 所述计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mte、A吊点处截面弯矩M^、B吊点处截面 弯矩M CB和正直吊力VC1，VC2, VC3, VC4的方法为： " /- C1 1 f k.2 …
[0076] M =q[------(---+ i.·,')] (1) ° 8 4 2(3r,+/) 8 4 1
[0077] MGi = Man ^ 1 (----- + cf) (2) Jc, +/ 8 4 r / 1 /3k.1 ; 3
[0078] VGl = V,; = q[cH----(----he, - -qc-)] (3； G1 04 2 /(3r,+/) 8 4 ' 2 '
[0079] VGn = VG3 - q\c^ H---1--(----he,丨-二c丨c,2)] (4) 2 /(3c,+/) 8 4 ' 2 '
[0080] 其中，q是管型母线单位长度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离；Cl是管 型母线A、B两个吊点间距离的一半，c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离；
[0081] 所述计算最大风速、覆冰荷载、覆冰时的风速、短路、50 %最大风速和25 %最大风 速时所对应的跨中截面弯矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力的方法与计 算管自重时所对应的跨中截面弯矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力的方 法相同，只是不同工况下的管型母线单位长度的重力q根据实际工况确定。
[0082] 所述计算计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Mjz、A吊点处截面弯矩M jA、B吊 点处截面弯矩MjB和正直吊力Vp Vj2, Vj3, Vj4的具体方法为： ^ G"/(5/ + 24q) 1、5广 + 29/2q + 24/q2 - 4.s./2 + 4A.2 + 12iVs.2 ,ΓΛ
[0083] Μ- = -l-^ + Gw(l-2s)-!-!-^ (5 ) J- 32(/+ 3q) 32/(/ + 3^)(/ + ^) 「 i " 3G"/2 Gn f 、「 3/ s i
[0084] M 、-+ -(--.r)[---] (6) J 16(/ + 3c·,) 2/ 4 2(/ + 3c·,) l + c{ 3G,J~ 0" ,l~ i 3/ s , n.
[0085] M 7, ----\---(----.s ~)[--1--] l t ) "16(/ +3r,) 2/ 4 2(/ + 3r:) l + cx 「 ? GV(5/ + 24c·,) Gn 3/ ,v n r。、
[0086] Va - --- + -(- + 8)-V(--s-)[---] (8) J 16(/ +3c,) / 2 2/:4 2(/ + 3c,) /fc, " G"(l l/ + 24c·,) G, l N G,, l2 〇 r 3 s.飞
[0087] Vn = --- + -(--s) +-(--s-)[---1 (9) 16(/ +3c,) / '2 2/ 4 -2(/ + 3Cl) lc{ GP{ \ 1/ + 24c'|) Gw l Oir /" τ 3 s
[0088] 二,…/+十(； + s) + 々(7_s-)[ +厂] (10) 16(/ -f jc, ) 1 2 2/ 4 2(/ + 3^,) lct w G；.,(5/ +24c·,) Gn ? ^ G(, /2 3/ s , ,11Λ
[0089] VjA ^ -L + -(--s)--^r(--s-)[--+-] (11) ' 16(/ + 3c,) / 2 ' 2/-4 2(/ + 3c,) l + c/
[0090] 其中，GP、GW分别是两引下线的重力；s是两引下线之间的距离，q是管型母线线单 位长度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离 ；Cl是管型母线线A、B两个吊点间距离的 一半。c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离。
[0091] 所述计算地震时所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩MeA、B吊点处截面 弯矩M eB和正直吊力Vel，Ve2, Ve3, Ve4的具体方法为：
[0092] ^ _ FJ(5l2 + 26/c, + 24c,2) + iFnL\I2 - 12F,c^(l + c,) 8F4￡.(/2 + 6/c、+ 6c.、2)+ 8/^?、/ (工之） f 32(/ + Cj)(/ + 3cj) 32(/ + Cj)(/ + 3q) M _ 3/-/2(/ + 2c·,) -3F2c：J2 + 12Κα；(? + c·,) -SF4cl(! + 2c·,) + SF^cI ⑴） 16(/+ (.丨)(/+ 3(.丨） 「nnnjl , f _3F\J2(l + 2cl)- 3/^c·,/2 + 12F\c；(l + ^,) + - 8f；c7(/ + 2c,)
[0094]风16(/ +參 3(.丨) U ；
[0095] 匕=;(r + /) + 4 -耳1 (15) v _F,+F3 , 3/2(f；-F2)-8r/(F4-^) | 3f>.丨2 e2- ~2~ 32i.|(/ + i.·,) 4/(/+ 3r,)
[0096] ^ 3f；/2(/+ 2^)-3^,6,/2 -8fV(3/2 + !0/c·, +6c[)+ 8F；clc/ (lg) H 16/(/ +c.丨)(/ +3r 丨) {/ _F2+F, | 3I2(F2-Fi)-^I(F,-F,) | 3F,c； ei- ~2~ 3 2c.丨(/ +q) 4/(/+ 3c,)
[0097] + 3F2!2(! + 2ci)-3FicJ2 -8F,c(3/2 + 10/c, +6^) + 8^,^ ⑴） 16/(/ + (.丨)(/ + 3c.丨）
[0098] Ve4=^(c + l) + ^-^ (18)
[0099] 其中，分别为是地震作用力，其作用位置根据质量缩聚法确定。
[0100] 所述步骤六中计算管型母线挠度的具体方法为：
[0101] 管自重计算时，计算跨中挠度y' zg: q!1(2r + I5/2r, -24(-.5 -36c.c2-6!c2)
[0102] /=^-!-!-!-- - 384￡/(/ + 3q)
[0103] 引下线重力计算时，计算跨中挠度y' ZJ : 1 ,.7G,/ 9c.G"r ，、7/2+20/'s-20.s.2 y* =--一-+--+ W U-2s)- 21 ￡/ 768 256(/ + 3^) 768
[0104] a/ / i? λ ° \ 9/'+ 9/c：! - 2/,v - 6λχ'(. + W (/- -4s-)c,--!-L1 1 256(/+ 3r,)(/+ c,)
[0105] 合成跨中挠度y'：
[0106] y' = y' zg+y' zj
[0107] 其中，q是管型母线单位长度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离；Cl是管 型母线A、B两个吊点间距离的一半，c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离，E为管型母 线弹性模量，J为管型母线截面惯性矩，W为管型母线的截面系数，G P为引下线的重力，s为 一跨中两引下线之间的距离。
[0108] 本发明的有益效果是：
[0109] 本发明方法充分考虑了不同气象条件因素对管型母线的影响，实现了电学和力学 的合理整合，克服了实际工程中仅依靠电学理论或经验选择双跨悬吊管型母线的弊端，该 方法是双跨悬吊管型母线选型系统、全面、可靠的依据，能更为准确的确定双跨悬吊管型母 线的布置方式，减小了认为因素所造成的误差，提高生产的安全性，保证变电站的正常运 行。
【专利附图】
【附图说明】
[0110] 图1(a)为集中荷载下双跨悬吊管型母线受力分析图；
[0111] 图1(b)为地震下双跨悬吊管型母线受力分析图；
[0112] 图1(c)为均布荷载下双跨悬吊管型母线受力分析图；
【具体实施方式】：
[0113] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0114] 如图1(a)所示，本图主要示意悬吊管型母线受集中荷载作用时的受力情况。图中 W、P为集中荷载点^乂力乂为悬吊母线的绝缘子串所受的正直吊力：悬吊管母在^^作 用下，会产生跨中截面弯矩、吊点处截面弯矩和正直吊力，由正直吊力可计算出管母拉力， 为计算管母应力做准备。
[0115] 如图1(b)所示，本图主要示意悬吊管型母线地震作用下的受力情况。图中FpF2、 F3、F4、F5为地震作用力，根据质量缩聚原理，作用力位置可认为固定不变。％，V 2, V3, V4为悬 吊母线的绝缘子串所受的正直吊力，悬吊管母在地震力作用下，会产生跨中截面弯矩、吊点 处截面弯矩和正直吊力，由正直吊力可计算出管母拉力，为计算管母应力做准备。
[0116] 如图1(c)所示，本图主要示意悬吊管型母线受均布荷载作用时的受力情况。图中 q为均布荷载，'，V2, V3, V4为悬吊母线的绝缘子串所受的正直吊力，悬吊管母在均布荷载作 用下，会产生跨中截面弯矩、吊点处截面弯矩和正直吊力，由正直吊力可计算出管母拉力， 为计算管母应力做准备。
[0117] 图1(a)?图1(c)中，计算弯矩和正直吊力的公式各不相同。
[0118] 变电站悬吊管型母线选型布置方法，包括以下步骤：
[0119] 步骤一：初步设定管型母线的跨度和相间距；
[0120] 步骤二：在备选管型母线中选定一定型号母线；
[0121] 步骤三：确定各种工况下，基本因素的取值；具体包括：关于安全系数与荷载标准 值取值标准，风因素的量值取值标准，覆冰因素的量值取值标准，短路电动力的计算方法， 地震力的计算方法，管型母线荷载组合条件，材料的最大允许应力以及管形导体的挠度限 值。
[0122] 步骤四：分别计算自重和最大风速作用下、自重和覆冰作用下、短路以及地震时管 型母线所受应力；
[0123] 步骤五：判断上述每种情况下计算的管型母线所受应力是否均小于管型母线最大 允许应力，如果是，转至步骤六；如果至少有一种情况下管型母线所受应力大于或等于管型 母线最大允许应力，则遍历步骤二至步骤四；
[0124] 步骤六：计算管型母线挠度；
[0125] 步骤七：判断步骤六中管型母线挠度是否小于设定值，如果是，确定管型母线的型 号、跨度及相间距分别为步骤一和步骤二中设定的管型母线型号、跨度和相间距，否则，遍 历步骤二至步骤六。
[0126] 其中，计算自重和最大风速作用下管型母线所受应力的具体步骤如下：
[0127] (4-1)计算管自重、引下线的重力、最大风速所对应的跨中截面弯矩、A吊点处截 面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力；
[0128] (4-2)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0129] (4-3)合成控制截面弯矩，合成管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0130] (4-4)根据合成的截面弯矩、合成管型母线的拉力计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0131] 根据合成管型母线左跨的拉力、A吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0132] 根据合成管型母线右跨的拉力、B吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较。
[0133] 计算自重和覆冰作用下管型母线所受应力的具体步骤如下：
[0134] (6-1)计算管自重、引下线的重力、覆冰荷载、覆冰时的风速所对应的跨中截面弯 矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力；
[0135] (6-2)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0136] (6-3)合成控制截面弯矩，合成管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0137] (6-4)根据合成的截面弯矩、合成管型母线的拉力计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0138] 根据合成管型母线左跨的拉力、A吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0139] 根据合成管型母线右跨的拉力、B吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较。
[0140] 计算短路下管型母线所受应力的具体步骤如下：
[0141] (8-1)计算管自重、引下线的重力、短路电动力、50%最大风速所对应的跨中截面 弯矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力；
[0142] (8-2)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0143] (8-3)合成控制截面弯矩，合成管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0144] (8-4)根据合成的截面弯矩、合成管型母线的拉力计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0145] 根据合成管型母线左跨的拉力、A吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0146] 根据合成管型母线右跨的拉力、B吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较。
[0147] 计算地震时管型母线所受应力的具体步骤如下：
[0148] (10-1)计算管自重、引下线的重力、地震作用、25%最大风速所对应的跨中截面弯 矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力；
[0149] (10-2)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0150] (10-3)合成控制截面弯矩，合成管型母线左跨的拉力及右跨的拉力；
[0151] (10-4)根据合成的截面弯矩、合成管型母线的拉力计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0152] 根据合成管型母线左跨的拉力、A吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较；
[0153] 根据合成管型母线右跨的拉力、B吊点处截面弯矩计算应力并与最大允许应力相 比较。
[0154] 实际工程中，由于引下线的数量各不相同，本发明在深入分析引下线可能出现的 数量，结合工程应用需求，选择了一种相对而言更不利的情况，对悬吊管型母线的选型布置 进行研究。
[0155] a，管自重计算时，根据公式计算跨中截面弯矩Mte、A吊点处的弯矩Μω、Β吊点处的 弯矩M eB、悬吊管型母线四个吊点处的正直吊力VrV4 :
[0156] Mth - </[-----(―----hc'i )] (1) G- 8 4 2(3^+/) 8 4 1
[0157] MGA = ΜGB ^ ^ Λ~---- + ) (2) Jr, +/ 8 4 τ, τ, 「 / 1 /' 31c ~ 3 3 ,')、
[0158] =V4 =q[c + -----+ ^ --c,c·-)] (3) 2 /(jc'i +/) 〇 4 2 / 1 /" Vr2 ^
[0159] V2=V,=q[ct +- +-(- - -+ γ,5--γ,γ2)] ( ? ) '2 /(3c,+/) 8 4 ' 2 '
[0160] 其中，q是管型母线线单位长度的重力（包含大风、覆冰、短路工况）；1是管型母 线两悬挂点之间的距离 ；Cl是管型母线线A、B两个吊点间距离的一半。c是悬挂点与管型 母线线端部之间的距离。
[0161] b，引下线（金具）重力计算时，根据公式计算跨中截面弯矩Mjz、A吊点处的弯矩 MjA、B吊点处的弯矩MjB、悬吊管型母线四个吊点处的正直吊力Vji-V# : 「 ^ GV(5/ + 24c·,) " η 〇 5Γ+29/V, + 24/r^-4^^+4/^=+12^2
[0162] Μ Γ=-^-l- + Gw(I-2s)-41-!- (5) > 32(/ +3c·,) 32/(/ +3c, )(/ + ^,)
[0163] M,, = ' -λ )[ 。^] (6) 10(/ + 3c*I) 2,1 4 2(/ + Sc!) / + Ci ,, 3G,J~ (jw 2、r 3/ s -. ,^、
[0164] MjB ^ + - (- -5 )[ + --] (7) 16(/ + 3c'|) 2/ 4 2(/ + 3(/丨）/ + (,.i r ^ T, 0,,(5/ + 24^) G,,l 、Gr//2 、「 3/ 5 n
[0165] Vn = -^ + ^-(- + 8) - -^(--s_)[---] (8) J 16(/ +3ct) / 2 2/_4 2(/ +3c,) / + C, ,. 0/,(11/ + 24^) G,,I x Gn /- 〇λΓ 3 5 π ,n、
[0166] Vn = --- + -s)-f-(--s-)[---] (9) 7 16(/ +3c·,) / 2 2/ 4 2(/^3^) /c, 「 ^ T, G"(\/ + 24c{) Gn I 、G,,' /22、「 3 λ、 ，1Λ、
[0167] Vn = --- + -+ 8) + -(--S^)[-H--1 (10) J 16(/ + 3c·,) / 2 2/ 4 2(/+ 3r,) Icx ,-G,,(5/ +24c丨）,/ G,r//2 、「 3/ s 飞 ,11Λ
[0168] Vi4 - --- + -(--8)-^(--s_)[--f--] (ID 7 16(/ + 36-,) / 2 2/- 4 2(/ +3c·,) /-he,
[0169] 其中，GP、GW是引下线的重力；s是两引下线之间的距离。
[0170] c，地震力计算时，根据公式计算跨中截面弯矩Mdz、A吊点处的弯矩Μ^Β吊点处的 弯矩MdB、悬吊管型母线四个吊点处的正直吊力V dl_Vd4 :
[0171] 气f _ ^1(512 + 26/c, + 24rf) + 3F?cJ2 - 12Rcf (/ + q) SF4c(I2 + 6/c·, -f 6c,2) + SF,ccJ (1〇 }dz- 32(/ + ^)(/ + 3^) 32(/ + ^)(/ + 3^)
[0172] M _ 3f；/2(/ + 2c.)-3/sr,/2 + 12F^(/ + c,)-SF4c/(I + 2c,) + SF^cl ⑴） dA 16(/ + ^)(/ + 3^,) M _3^/2(/ + 2γ,)-3^γ,/2+12^^(/ + ^) + 8^^7-8^/(/ + 2^) (⑷ dB 16(/ + ^,)(/ + 3^,) /7 /7 M
[0174] ^i = y(c + /) + y--^· (15) 2 32q(/ + q) 4/(/+ 3r,) 3/^/2(/+ 2^)-3/^^,/2 - 8F4c(3/2 + 10/r, +6^) + 8^,^/ ,1C、
[0176] H--r-：-：-:- ( lb / 丨 6/(/ +c.丨)(/ +3c 丨） (/ F-, + F, , 3/2(F.,-f；)-8r/(F,-F4) , 3F,c； ^ = 丁 + -、2(.丨(/ + 〇.- +
[0177] 3FJ2(! + 2c,)-3Rc,i~ -8f；r(3/2 + 10/r, +ec~) + HFAc,d /?Ο、 16/(/ + c,)(/ + 3c,) p Π ' !U
[0178] Vd4=^(c + l) + ^---^ (18)
[0179] 其中，Fi、F2、F3、F4、F 3是地震作用力。
[0180] d，根据公式分别计算合成的跨中截面弯矩MpA吊点处的合成截面弯矩M2，B吊点 处的合成截面弯矩M 3。
[0181] M = J/V/; + Μ; ( 19)
[0182] 其中，Ms是所有水平弯矩的合成；Μ。是所有垂直弯矩的合成。
[0183] e，根据公式分别计算合成管型母线左跨的拉力&，合成管型母线右跨的拉力艮。
[0184] R = -{PC', + PC) (20) V
[0185] 其中，h是绝缘子串沿管型母线轴线的投影长度；v是绝缘子串坚向投影长度；PG 是管型母线上所有坚向荷载的一半；PC是串的重力及串上可能存在的覆冰的重力。
[0186] f，根据公式，由合成的拉力&、合成的弯矩札计算应力;由合成的拉力&、合成 的弯矩M2计算应力 〇 2 ;由合成的拉力Rr、合成的弯矩M3计算应力〇 3。 MR …、
[0187] σ = - + - (21) W A
[0188] 其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
[0189] 分别计算自重和最大风速时的应力、自重和覆冰时的应力、短路时的应力、地震时 的应力，若这些工况下任一计算应力大于最大允许应力，则重新选择管型母线型式，然后继 续计算。
[0190] g，管自重计算时，根据公式计算跨中挠度y' zg: qfHir + 15/2c. - 24c； -36c.c·2 -6/t2)
[0191] y -!---!-- (22) ^ 384￡/(7 + 3c·,)
[0192] h，引下线重力计算时，根据公式计算跨中挠度y' zj : I「7/)广 9c,PI' …，，，、7/2+20/.v -20s' 4 EJ 768 256(/ + 3(.,) 768
[0193] + H/ (/^-4^)c·, 9/2+^,-2/v-6,c ⑵） 256(/+ 3(.丨)(/ +q)
[0194] i，根据公式计算合成跨中挠度y' ：
[0195] /=/+/. (24) 岑 zj
[0196] 若计算挠度大于0. ? (D是管型母线的直径），则重新选择管型母线型式，然后继 续计算。
[0197] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1. 一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，包括如下步骤： 步骤一：初步设定管型母线的跨度和相间距； 步骤二：在备选管型母线中选定一定型号母线； 步骤三：确定各种工况下，基本因素的取值；具体包括：关于安全系数与荷载标准值取 值标准，风因素的量值取值标准，覆冰因素的量值取值标准，短路电动力的计算方法，地震 力的计算方法，管型母线荷载组合条件，材料的最大允许应力以及管形导体的挠度限值； 步骤四：分别采集绝缘子串沿管型母线轴线的投影长度、绝缘子串坚向投影长度以及 绝缘子串的重力，分别计算自重和最大风速作用下、自重和覆冰作用下、短路以及地震时管 型母线所受应力； 步骤五：判断上述每种情况下计算的管型母线所受应力是否均小于管型母线最大允许 应力，如果是，转至步骤六；如果至少有一种情况下管型母线所受应力大于或等于管型母线 最大允许应力，则遍历步骤二至步骤四； 步骤六：计算管型母线挠度； 步骤七：判断步骤六中管型母线挠度是否小于设定值，如果是，确定管型母线的型号、 跨度及相间距分别为步骤一和步骤二中设定的管型母线型号、跨度和相间距，否则，遍历步 骤二至步骤六。
2. 如权利要求1所述的一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，所述 步骤四中，计算自重和最大风速作用下管型母线所受应力的具体方法为： (4-11)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μω、B吊点处截面弯 矩Mcb和正直吊力V1,V2,V3,V4; 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩M>、A吊点处截面弯矩Mm、B吊点处截面弯 矩MjB和正直吊力VpVj2^wVj4; 计算最大风速所对应的跨中截面弯矩Mfz、A吊点处截面弯矩MfA、B吊点处截面弯矩MfB ; 所述最大风速根据地理位置的不同，取相应位置历史风速数据的最大值； (4-12)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩MpA吊点处的截面弯矩M2、B吊点处的截面弯矩M3 ;
(4-13)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R11及右跨的拉力Rrl ;
式中，h是绝缘子串沿管型母线轴线的投影长度；V是绝缘子串坚向投影长度；PC1是绝 缘子串的重力。 (4-14)根据左跨的拉力R11和合成跨中截面弯矩M1计算应力〇i;根据左跨的拉力R11 和A吊点处的截面弯矩M2计算应力〇 2 ;根据右跨的拉力Rrt和B吊点处的截面弯矩M3计 算应力σ3 ;
其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
3. 如权利要求1所述的一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，所述 步骤四中，计算自重和覆冰作用下管型母线所受应力的具体方法为： (4-21)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μω、Β吊点处截面弯 矩Mcb和正直吊力V1,V2,V3,V4; 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩M>、A吊点处截面弯矩Mm、B吊点处截面弯 矩MjB和正直吊力VpVj2^wVj4; 计算覆冰荷载时所对应的跨中截面弯矩Mbz、A吊点处截面弯矩MbA、B吊点处截面弯矩MbB 和正直吊力Vbl，Vb2,Vb3,Vb4 ; 计算覆冰时的风速所对应的跨中截面弯矩Mbfz、A吊点处截面弯矩MbfA、B吊点处截面弯 矩MbfB; (4-22)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩Μ'pA吊点处的截面弯矩M' 2、B吊点处的截面弯矩M' 3 ;
(4-23)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R12及右跨的拉力Rr2 ;
(4-24)根据左跨的拉力R12和合成跨中截面弯矩M'i计算应力〇i;根据左跨的拉力R12和A吊点处的截面弯矩M' 2计算应力〇 ' 2 ;根据右跨的拉力Rr2和B吊点处的截面弯矩 Μ' 3计算应力σ' 3 ;
其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
4. 如权利要求1所述的一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，所述 步骤四中，计算短路时管型母线所受应力的具体方法为： (4-31)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μω、Β吊点处截面弯 矩Mcb和正直吊力V1,V2,V3,V4; 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩M>、A吊点处截面弯矩Mm、B吊点处截面弯 矩MjB和正直吊力VpVj2^wVj4; 计算短路时所对应的跨中截面弯矩Mdz、A吊点处截面弯矩MdA、B吊点处截面弯矩MdB ; 计算50%最大风速所对应的跨中截面弯矩仏(|%&、4吊点处截面弯矩仏 (|%^8吊点处 截面弯矩M5(l% ^ ; (4-32)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩M"i、A吊点处的截面弯矩Μ" 2、B吊点处的截面弯矩M" 3;
(4-33)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R13及右跨的拉力Rr3 ;
(4-34)根据左跨的拉力R13和合成跨中截面弯矩M" 3十算应力〇" 1;根据左跨的拉 力R13和A吊点处的截面弯矩M" 2计算应力〇" 2;根据右跨的拉力RrjPB吊点处的截面 弯矩Μ" 3计算应力〇 " 3;
其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
5.如权利要求1所述的一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，所述 步骤四中，计算地震时管型母线所受应力的具体方法为： (4-41)计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μω、B吊点处截面弯 矩Mcb和正直吊力V1,V2,V3,V4; 计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩M>、A吊点处截面弯矩Mm、B吊点处截面弯 矩MjB和正直吊力VpVj2^wVj4; 计算地震时所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ?、Β吊点处截面弯矩凡B和 正直吊力Vel，Ve2，Ve3，Ve4; 计算25%最大风速所对应的跨中截面弯矩M25%fz、A吊点处截面弯矩M25%fA、B吊点处 截面弯矩M25%fB和正直吊力 V25% fl，V25% f2, V25% f3, V25% f4 ; (4-42)根据上述计算的截面弯矩分别合成跨中截面弯矩Μ" 'pA吊点处的截面弯矩Μ" '2、B吊点处的截面弯矩M" '3;
(4-43)根据正直吊力计算管型母线左跨的拉力R14及右跨的拉力Rrt ;
(4-44)根据左跨的拉力R14和合成跨中截面弯矩M" \计算应力〇" '1;根据左跨的 拉力R14和A吊点处的截面弯矩M" '2计算应力〇" '2;根据右跨的拉力1^4和8吊点处的 截面弯矩M" '3计算应力σ" '3;
其中，W是管型母线的截面系数;A是管型母线的截面面积。
6. 如权利要求1-5所述的任一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是， 所述计算管自重所对应的跨中截面弯矩Mc^A吊点处截面弯矩Μω、Β吊点处截面弯矩Mffl和 正直吊力VC1，VC2,VC3,Vw的方法为：
其中，q是管型母线单位长度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离；C1是管型母 线A、B两个吊点间距离的一半，c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离。
7. 如权利要求1-5所述的任一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是， 所述计算最大风速、覆冰荷载、覆冰时的风速、短路、50%最大风速和25%最大风速时所对 应的跨中截面弯矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力的方法与计算管自重 时所对应的跨中截面弯矩、A吊点处截面弯矩、B吊点处截面弯矩和正直吊力的方法相同， 只是不同工况下的管型母线单位长度的重力q根据实际工况确定。
8. 如权利要求1-5所述的任一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是， 所述计算计算引下线的重力所对应的跨中截面弯矩Μ#、A吊点处截面弯矩Mm、B吊点处截 面弯矩MjB和正直吊力Vjl,Vj2,Vj3,Vj4的具体方法为：
其中，GP、Gw分别是两引下线的重力；s是两引下线之间的距离，q是管型母线线单位长 度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离；Cl是管型母线线A、B两个吊点间距离的一 半。c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离。
9.如权利要求1-5所述的任一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是， 所述计算地震时所对应的跨中截面弯矩Mez、A吊点处截面弯矩Μ?、Β吊点处截面弯矩凡B和 正直吊力Vel，Ve2,Ve3,Ve4的具体方法为：
其中，FpF2、F3、F4、F5分别为是地震作用力，其作用位置根据质量缩聚法确定。
10.如权利要求1所述的任一种变电站双跨悬吊管型母线选型布置方法，其特征是，所 述步骤六中计算管型母线挠度的具体方法为： 管自重计算时，计算跨中挠度y，zs :
引下线重力计算时，计算跨中挠度y，:
合成跨中挠度y，： y，=y，zg+y，ZJ· 其中，q是管型母线单位长度的重力；1是管型母线两悬挂点之间的距离；C1是管型母 线A、B两个吊点间距离的一半，c是悬挂点与管型母线线端部之间的距离，E为管型母线弹 性模量，J为管型母线截面惯性矩，W为管型母线的截面系数，Gp为引下线的重力，s为一跨 中两引下线之间的距离。
【文档编号】H02B1/20GK104269793SQ201410579574
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】李颖瑾, 赵玉星, 王军飞, 于玉铭, 李波, 张宇, 黄萍, 邹振宇, 王涛, 芦海波, 郭进, 呼文强 申请人:山东电力工程咨询院有限公司