專利名稱：一種線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的輸電線路安全運行中的線路舞動領(lǐng)域，具體涉及一種根據(jù)線路荷載-強度的隨機特性與干涉理論建立線路舞動荷載風(fēng)險模型的方法。
背景技術(shù)：
目前，輸電線路舞動是由于導(dǎo)線、地線發(fā)生偏心覆冰后，在風(fēng)的激勵作用下產(chǎn)生的一種低頻率(約0.1 3Hz)、大振幅(可達(dá)IOm以上約為導(dǎo)線直徑的5 300倍)自激振動現(xiàn)象。舞動的形成主要取決于覆冰、風(fēng)激勵和線路結(jié)構(gòu)參數(shù)三方面因素。輸電線路的舞動早在上世紀(jì)30年代初在美國就有報道，隨后在加拿大、前蘇聯(lián)、英國、日本、中國等許多國家和地區(qū)均發(fā)生過線路舞動。線路舞動在輸電線路中不可避免，同時線路舞動帶來的危害巨大，不僅會造成短路、斷路等故障，嚴(yán)重時甚至威脅電網(wǎng)的安全運行，給我國的電力行業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。線路舞動帶來的損失是多方面的，導(dǎo)線舞動時，會造成桿塔塔身搖晃，耐張塔橫擔(dān)順線擺動或者扭曲變形，使導(dǎo)線之間的距離縮短或者碰撞而產(chǎn)生閃絡(luò)，燒毀導(dǎo)線并引起跳閘。此外，還會造成金具及部件受損，如間隔棒棒爪松動或脫落，線夾船體滑出、螺栓松動、脫落。導(dǎo)線舞動對桿塔、導(dǎo)線、金具及部件的損害，造成線路頻繁跳閘和停電，對輸電線路安全運行的危害十分重大，而且會造成重大的經(jīng)濟損失和社會影響。
由于線路舞動存在著如上所述的眾多危害，現(xiàn)有技術(shù)中對線路舞動的研究主要集中在兩方面，一是確定導(dǎo)線舞動幅值和軌跡，判斷舞動時是否會造成相間閃絡(luò)或跳閘等電氣損傷，為輸電線路電氣設(shè)計提供依據(jù)；二是設(shè)計防舞裝置和優(yōu)化布置方案，降低導(dǎo)線舞動幅度。
對桿塔結(jié)構(gòu)而言，導(dǎo)線舞動時產(chǎn)生的水平張力及張力差起控制作用，張力的豎向分量相對較小，忽略其在導(dǎo)線發(fā)生舞動時的變化。導(dǎo)線舞動可以通過施加駐波激發(fā)，基于單檔導(dǎo)線線長變化與張力變化的等效關(guān)系，能夠推導(dǎo)單檔導(dǎo)線舞動水平張力的解析解。對于連續(xù)多檔尤其是帶有懸垂串模型的導(dǎo)線舞動水平張力，可以綜合考慮氣象、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)及懸掛方式、檔距和檔數(shù)等因素的影響，采用氣象系數(shù)法確定導(dǎo)線舞動幅值，通過理論分析和有限元模擬，確定不同影響因素時的導(dǎo)線舞動荷載(申請?zhí)枮?01010193249.0的中國專利中有記載)。目前，判斷舞動時是否會造成相間閃絡(luò)或跳閘等電氣損傷已有研究:能對線路舞動進(jìn)行產(chǎn)生機理分析及監(jiān)測，通過線路舞動的實測信息計算出線路舞動幅值并判斷線路發(fā)生跳閘的概率，卻無法測定線路舞動對于桿塔所造成的影響及舞動引起桿塔倒塌的機械故障概率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，能夠反映舞動引起的機械故障情況，為災(zāi)害天氣電力系統(tǒng)的風(fēng)險建模奠定基礎(chǔ)，對于保證舞動多發(fā)區(qū)電網(wǎng)安全運行具有重要意義。
本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 :一種線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，包括以下步驟:
(I)、確定線路舞動幅值:
(2)、計算孤立檔舞動張力:
(3)、連續(xù)多檔舞動張力的確定:
耐張段內(nèi)有直線塔時，懸垂串的偏移可使舞動水平張力得到一定釋放，相對于步驟(2)中的兩檔雙耐張模型，舞動水平張力差有所減小；
帶有懸垂串的多檔模型，導(dǎo)線舞動水平張力及張力差可通過有限元方法計算得到；有限元模型中導(dǎo)線采用索單元模擬，懸垂串采用桿單元模擬，導(dǎo)線初始張力為按照耐張段代表檔距確定的導(dǎo)線張力，通過降溫法或施加初始應(yīng)變來施加；
(4)、桿塔掛點舞動荷載的確定:
采用兩檔分析模型確定不同工況下導(dǎo)線舞動水平張力及張力差的最大值，然后根據(jù)檔數(shù)及懸掛方式對舞動水平張力及張力差的影響規(guī)律，得到用于桿塔設(shè)計的掛點水平張力及張力差，耐張塔需將兩側(cè)導(dǎo)線水平張力按照轉(zhuǎn)角度數(shù)為2 Θ的方向施加在掛點位置，掛點縱向荷載和橫向荷載分別為:
Tx = (T^T2).sin Θ
Ty = (T1-T2).cos Θ
直線塔把兩側(cè)舞動水平張力差A(yù)T12作用在掛點處即可，即:
ΛΤ12 = Τ「Τ2;
(5)、線路舞動荷載風(fēng)險建模:
依據(jù)靜態(tài)結(jié)構(gòu)可靠性分析理論，建立線路舞動荷載風(fēng)險分析的解析模型，用于計算時間相依的線路荷載可靠性水平:
假設(shè)Xi(i=l，2，…η)為描述線路狀態(tài)的基本變量，線路可靠性分析的功能函數(shù)表達(dá)式為
Z = g (X1 j X2J... Xn)
當(dāng)基本變量Xi為隨機變量時，線路不可靠度為
Pf = P [Z = g (X1 j X2J...，Xn)]
考慮結(jié)構(gòu)可靠性的可靠與失效兩狀態(tài)模型，即
Pr+Pf=l
式中A為線路的可靠度；Pf為線路的不可靠度；
當(dāng)描述線路狀態(tài)的基本變量為線路荷載和線路強度時，在線路荷載-強度可靠性計算中，根據(jù)假設(shè)條件的不同，線路強度采用固定值或隨機變量，由于災(zāi)害天氣下線路風(fēng)速實時變化、舞動張 力變化，因此引入了隨時間變化的荷載變量，定義一種簡單的結(jié)構(gòu)功能函數(shù):
Z (t) = g (Q (t), R) = R-Q (t)
式中:R為線路強度隨機變量；Q (t)為線路舞動荷載隨時間t變化的隨機變量；當(dāng)線路設(shè)計強度大于舞動荷載時，線路可靠，當(dāng)線路設(shè)計強度小于舞動荷載時，線路故障；如果線路強度與荷載兩個隨機變量的概率密度函數(shù)有重疊部分，則為干涉區(qū)；干涉區(qū)域的存在，表示線路有故障的可能，但干涉區(qū)域面積并不等于失效概率；
線路承受的舞動荷載落在干涉區(qū)域的概率為
權(quán)利要求
1.一種線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、確定線路舞動幅值: (2)、計算孤立檔舞動張力: (3)、連續(xù)多檔舞動張力的確定: 耐張段內(nèi)有直線塔時，懸垂串的偏移可使舞動水平張力得到一定釋放，相對于步驟(2)中的兩檔雙耐張模型，舞動水平張力差有所減?。? 帶有懸垂串的多檔模型，導(dǎo)線舞動水平張力及張力差可通過有限元方法計算得到；有限元模型中導(dǎo)線采用索單元模擬，懸垂串采用桿單元模擬，導(dǎo)線初始張力為按照耐張段代表檔距確定的導(dǎo)線張力，通過降溫法或施加初始應(yīng)變來施加；(4)、桿塔掛點舞動荷載的確定: 采用兩檔分析模型確定不同工況下導(dǎo)線舞動水平張力及張力差的最大值，然后根據(jù)檔數(shù)及懸掛方式對舞動水平張力及張力差的影響規(guī)律，得到用于桿塔設(shè)計的掛點水平張力及張力差，耐張塔需將兩側(cè)導(dǎo)線水平張力按照轉(zhuǎn)角度數(shù)為2 Θ的方向施加在掛點位置，掛點縱向荷載和橫向荷載分別為:Tx = (T^T2).sin ΘTy = (T1-T2).cos 直線塔把兩側(cè)舞動水平張力差A(yù)T12作用在掛點處即可，即:AT12 = T1-T2 ； (5)、線路舞動荷載風(fēng)險建模: 依據(jù)靜態(tài)結(jié)構(gòu)可靠性分析理論，建立線路舞動荷載風(fēng)險分析的解析模型，用于計算時間相依的線路荷載可靠性水平: 假設(shè)Xi(i=l，2，…η)為描述線路狀態(tài)的基本變量，線路可靠性分析的功能函數(shù)表達(dá)式為 Z = g (X1，X2，...，Xn) 當(dāng)基本變量Xi為隨機變量時，線路不可靠度為 Pf = PtZ = g(X1； X2,...,Xn)] 考慮結(jié)構(gòu)可靠性的可靠與失效兩狀態(tài)模型，即 Pr+Pf = I 式中七為線路的可靠度；Pf為線路的不可靠度； 當(dāng)描述線路狀態(tài)的基本變量為線路荷載和線路強度時，在線路荷載-強度可靠性計算中，根據(jù)假設(shè)條件的不同，線路強度采用固定值或隨機變量，由于災(zāi)害天氣下線路風(fēng)速實時變化、舞動張力變化，因此引入了隨時間變化的荷載變量，定義一種簡單的結(jié)構(gòu)功能函數(shù):Z(t) = g (Q (t), R) = R-Q (t) 式中:R為線路強度隨機變量；Q(t)為線路舞動荷載隨時間t變化的隨機變量；當(dāng)線路設(shè)計強度大于舞動荷載時，線路可靠，當(dāng)線路設(shè)計強度小于舞動荷載時，線路故障；如果線路強度與荷載兩個隨機變量的概率密度函數(shù)有重疊部分，則為干涉區(qū)；干涉區(qū)域的存在，表示線路有故障的可能，但干涉區(qū)域面積并不等于失效概率； 線路承受的舞動荷載落在干涉區(qū)域的概率為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，其特征在于:所述的步驟(5)中當(dāng)線路強度與荷載兩個隨機變量均服從正態(tài)分布時，功能函數(shù)Z (t)為服從正態(tài)聯(lián)合分布的隨機變量，線路荷載的可靠度表達(dá)式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路舞 動荷載風(fēng)險建模的方法，其特征在于:所述的步驟(I)_ 2*rl中采用氣象系數(shù)法確定舞動幅值
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，其特征在于:所述的步驟(2)具體為:在導(dǎo)線上施加駐波激勵，根據(jù)導(dǎo)線線長變化與張力變化的等效關(guān)系，推導(dǎo)出導(dǎo)線舞動水平張力計算公式: 兩側(cè)導(dǎo)線舞動半波數(shù)Ii1和n2均為偶數(shù)時:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線路舞動荷載風(fēng)險建模的方法，包括以下步驟(1)確定線路舞動幅值(2)計算孤立檔舞動張力(3)連續(xù)多檔舞動張力的確定(4)桿塔掛點舞動荷載的確定(5)線路舞動荷載風(fēng)險建模以及計算舞動線路不可靠度。本方法綜合考慮氣象、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)參數(shù)及懸掛方式和檔距等因素的影響，計算時間相依的舞動線路不可靠度，反映舞動引起機械故障的情況，為災(zāi)害天氣電力系統(tǒng)的風(fēng)險建模奠定基礎(chǔ)，對于保證舞動多發(fā)區(qū)電網(wǎng)安全運行具有重要意義。
文檔編號G06F17/50GK103218499SQ20131016119
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月3日
發(fā)明者石光, 楊海晶, 韓偉, 邱武斌, 孔圣立, 劉磊, 馬瑞, 金艷 申請人:國家電網(wǎng)公司, 河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 長沙理工大學(xué)