一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变电站软导线的弧垂计算方法，尤其是一种基于悬链线的变电站软导 线最大弧垂建模方法。
【背景技术】
[0002] 变电站中的架空线，在广义上一般包括软导线、跳线、引下线以及其他设备之间的 连接导线。软导线的作用是汇集、分配和传输电能；跳线是用于连接两跨软导线之间的导 线，一般用于变电站的输电线路的改变；引下线是从软母线上引下并与地下装置连接的导 线，主要作用是避雷。那么，为了满足变电站中不同种类架空线的性能要求，必然有不同的 设计规范。而弧垂在变电站架空线路的设计中占有极其重要的地位，直接影响变电站的正 常安全运行，故不同的架空线在施工中须满足不同的设计弧垂，且要求三相弛度达到同一 水平。
[0003] 但是，在工程实际中，各类架空线多数是凭施工人员的经验安装的，往往需要在高 空进行反复调整，直到形成合适的形状并达到设计的弧垂为止，需要花费较多的时间和劳 动，且危险性较大，这样必然造成巨大的经济损失。因此，为了提高施工效率，且能够在施工 前就可得到准确的弧垂，一个变电站架空线弧垂的计算模型是必要的。
[0004] 目前，架空线弧垂的研宄主要集中于大跨度、长距离的输电线路，在输电线路弧垂 的计算中，往往将架空线简化为柔性绳索，且绝缘子、耐张线夹、金具等附件对架空线数学 模型影响很小。而变电站软导线属于短距离架空线，绝缘子、耐张线夹、金具等附件对变电 站内软导线长度和受力有很大影响，明显占有不容忽视的份量，故输电线路弧垂的计算方 法不适用于变电站软导线。因此，根据变电站中的实际情况进行受力分析，建立起针对变电 站软导线的弧垂计算模型是必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明要针对现有弧垂计算方法不适用于变电站软导线，现有的对于短档距、长 绝缘子串的变电站软导线的弧垂研宄还不够成熟，所以本发明提供一种基于悬链线的变电 站软导线的最大弧垂建模方法，可直接得到准确的弧垂最大值，实现对弧垂的控制。
[0006] 本发明的采用的技术方案为一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方 法，包括以下步骤：
[0007] 步骤S1 :确定变电站软导线的基本参数，所述变电站软导线划分为耐张绝缘子串 和软母线，所述软母线的两端分别与左侧耐张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串相连。
[0008] 步骤S2 :以软导线的任意一悬挂点为原点建立X-Y坐标系，获取左侧耐张绝缘子 串的水平和垂直投影长度以及右侧耐张绝缘子串的水平和垂直投影长度，并且建立耐张绝 缘子串的空间坐标方程；
[0009] 步骤S3 :以软母线任意一侧的连接端为原点建立x-y坐标系，获取软母线的悬链 线方程；
[0010] 步骤S4:将软母线的悬链线方程通过坐标变换从x-y坐标系变换到X-Y坐标系， 获取变电站软导线的悬链线方程；
[0011] 步骤S5 :获取变电站软导线的弧垂表达式以及弧垂最大值，得到变电站软导线最 大弧垂模型。
[0012] 进一步的，在所述步骤S1中的基本参数包括变电站软导线的档距和高差、左侧耐 张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串的金具个数、每个金具的长度和重量、软母线的截面积和 均布比载。
[0013] 进一步的，在所述步骤S2中的耐张绝缘子串的空间坐标方程包括以下步骤：
[0014] 步骤S20 :以左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串的悬挂点为原点建立X-Y坐 标系；
[0015] 步骤S21 :定义左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力以及左侧 耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串上任意一点的水平张力；
[0016] 步骤S22 :根据左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串的弦多边形形状，对左侧 耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串中的任意一金具进行受力分析，获取左侧耐张绝缘子串 的水平和垂直投影长度以及右侧耐张绝缘子串的水平和垂直投影长度；
[0017] 步骤S23 :定义左侧耐张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串分别与软母线相连接的左 侧连接端和右侧连接端在X-Y坐标系中的坐标和支反力；
[0018] 步骤S24 :获取耐张绝缘子串的空间坐标方程。
[0019] 进一步的，在所述步骤S3中软母线任意一侧的连接端为软母线与左侧耐张绝缘 子串或右侧耐张绝缘子串的连接端。
[0020] 进一步的，在所述步骤S3中的软母线悬链线方程是通过任取软母线上的一段为 对象进行受力分析，并且获取软母线上任意一点轴向应力的垂直分量。
[0021] 进一步的，在所述步骤S3中，根据软母线左侧连接端和右侧连接端轴向应力的垂 直分量，获取左侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力和右侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过已知的软导线结构参数和材料参 数，根据变电站的任意设计应力直接得到准确的弧垂最大值，有利于弧垂的控制，具有非常 高的应用价值。通过本发明提供的基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，方便 工作人员操作，提高施工效率，从而节约变电站软导线的安装成本。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例的变电站软导线装备结构图；
[0024] 图2为本发明实施例的耐张绝缘子串结构示意图；
[0025] 图3为本发明实施例的软母线结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。
[0027] 如图1~3所示，本发明实施例的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建 模方法，包括以下步骤：
[0028] 首先确定变电站软导线的物理结构参数和耐张绝缘子串与软母线的材料参数，包 括软导线档距L和高差H、左侧耐张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串的金具个数分别为n和 m、每个金具的长度A ,和重量g ,、软母线的截面积s和均布比载y。
[0029] 其次，定义A、B分别为变电站软导线两端的悬挂点，并且A、B即分别为左侧耐张绝 缘子串和右侧耐张绝缘子串的悬挂点，以A点为坐标原点建立X-Y坐标系，AE和BF为耐张 绝缘子串部分，EF为软母线部分，已知整个软导线的档距为L、高差为H，假设软母线部分的 档距为1、高差为h、最低点为0, C为软母线上任意一点。由于耐张绝缘子串无法用连续表 达式表示出来，而软母线可以用连续表达式表示出来，故将变电站软导线划分为耐张绝缘 子串和软母线。
[0030] 根据软导线装配结构的先后顺序，我们先考虑耐张绝缘子串部分。如图1所示，以 左侧AE段耐张绝缘子串为例，耐张绝缘子串是由一些不易弯曲的金具零件盒绝缘子铰接 组装而成，以左侧AE段耐张绝缘子串为例，已知其由n个不同金具组成且各个金具为刚体， 其长度不受张力和温度的影响，且第i个金具的长度为重量为 gi。图中A为与杆塔连 接点，E为与线夹连接点。
[0031] 假设悬挂点A处支反力RA和任意一点的水平张力T。= 〇 QXs( 〇。为水平应力） 已知，在I；作用下，呈现出图2所示的弦多边形形状，取第i个金具为研宄对象，列出其端 点的力矩平衡方程式为：
[0032]
【主权项】
1. 一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特征在于，包括w下步 骤： 步骤S1 ;确定变电站软导线的基本参数，所述变电站软导线划分为耐张绝缘子串和软 母线，所述软母线的两端分别与左侧耐张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串相连； 步骤S2;w软导线的任意一悬挂点为原点建立乂-1坐标系，获取左侧耐张绝缘子串的 水平和垂直投影长度W及右侧耐张绝缘子串的水平和垂直投影长度，并且建立耐张绝缘子 串的空间坐标方程； 步骤S3 ;W软母线任意一侧的连接端为原点建立坐标系，获取软母线的悬链线方 程； 步骤S4 ;将软母线的悬链线方程通过坐标变换从坐标系变换到坐标系，获取 变电站软导线的悬链线方程； 步骤S5 ;获取变电站软导线的弧垂表达式W及弧垂最大值，得到变电站软导线最大弧 垂模型。
2. 根据权利要求1所述的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特 征在于：在所述步骤S1中的基本参数包括变电站软导线的档距和高差、左侧耐张绝缘子串 和右侧耐张绝缘子串的金具个数、每个金具的长度和重量、软母线的截面积和均布比载。
3. 根据权利要求1所述的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特 征在于，在所述步骤S2中的耐张绝缘子串的空间坐标方程包括W下步骤： 步骤S20;W左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串的悬挂点为原点建立乂-1坐标 系； 步骤S21 ;定义左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力W及左侧耐张 绝缘子串或右侧耐张绝缘子串上任意一点的水平张力； 步骤S22 ;根据左侧耐张绝缘子串或右侧耐张绝缘子串的弦多边形形状，对左侧耐张 绝缘子串或右侧耐张绝缘子串中的任意一金具进行受力分析，获取左侧耐张绝缘子串的水 平和垂直投影长度W及右侧耐张绝缘子串的水平和垂直投影长度； 步骤S23 ;定义左侧耐张绝缘子串和右侧耐张绝缘子串分别与软母线相连接的左侧连 接端和右侧连接端在乂-巧标系中的坐标和支反力； 步骤S24 ;获取耐张绝缘子串的空间坐标方程。
4. 根据权利要求1所述的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特 征在于：在所述步骤S3中软母线任意一侧的连接端为软母线与左侧耐张绝缘子串或右侧 耐张绝缘子串的连接端。
5. 根据权利要求1所述的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特 征在于：在所述步骤S3中的软母线悬链线方程是通过任取软母线上的一段为对象进行受 力分析，并且获取软母线上任意一点轴向应力的垂直分量。
6. 根据权利要求1所述的一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，其特 征在于：在所述步骤S3中，根据软母线左侧连接端和右侧连接端轴向应力的垂直分量，获 取左侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力和右侧耐张绝缘子串悬挂点的支反力。
【专利摘要】本发明提供了一种基于悬链线的变电站软导线的最大弧垂建模方法，首先将变电站软导线划分为耐张绝缘子串和软母线，并确定结构参数与材料参数；其次以耐张绝缘子串悬挂点为原点建立X-Y坐标系，假设悬挂点支反力RA和水平张力T0已知，建立耐张绝缘子串空间坐标方程，可得到耐张绝缘子串的水平和垂直投影长度；另外，以软母线端点为原点建立x-y坐标系，以悬链线理论为基础，得到软母线悬链线方程；最后，将软母线通过坐标变换从x-y坐标系变换到X-Y坐标系，并结合耐张绝缘子串空间坐标方程，获取变电站软导线弧垂表达式，从而得到软导线的弧垂最大值。本发明在已知结构参数和材料参数的基础上，根据变电站的任意设计应力直接得到准确的弧垂最大值，有利于弧垂的控制，具有非常高的应用价值。
【IPC分类】G06F17-50, G06Q50-06
【公开号】CN104715105
【申请号】CN201510070764
【发明人】黄宴委, 王庭桉
【申请人】福州大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月11日