一种变电站等高差短导线受力分析方法及系统与流程

1.本发明属于变电站短导线技术领域，尤其涉及一种变电站等高差短导线受力分析方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.关于变电站短导线的研究，目前的设计方法认为其为一根无抗弯刚度、轴向刚度无穷大的柔软线绳。
4.从实际工程发生的事故来看，以此为依据的设计方法与实际情况存在明显偏差。力学上一般认为，线弹性构件的线刚度与其长度成反比。这就意味着只有当导线足够长时才能认为其抗弯线刚度近似为0。
5.在变电站中，用于连接设备的短导线具有“长度短、截面大”的特征。因此，长导线的受力计算方式并不适合变电站短导线的受力分析。
6.由于许多用于设备连接用的软导线并不能满足“无抗弯刚度、轴向刚度无穷大的柔软线绳”这一特征，从而导致所设计的短导线的实际受力与预计受力不一致，影响短导线的实际使用，继而导致变电站的运行存在安全隐患。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种变电站等高差短导线受力分析方法，利用新的算法对该类导线进行力学性能分析，使得所设计的短导线与实际受力一致。
8.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
9.第一方面，公开了一种变电站等高差短导线受力分析方法，包括：
10.确定待分析短导线的型号及间距，确定所属组别；
11.考虑短导线自重荷载、冰荷载、风荷载计算短导线的综合荷重；
12.根据所属组别以及综合荷重计算短导线实际受到的水平力；
13.再根据参考计算公式、短导线自重荷载、冰荷载、风荷载以及综合荷重、短导线间距计算短导线弯矩；
14.输出所计算的短导线实际受到的水平力以及短导线弯矩。
15.进一步的技术方案，通过仿真获得不同短导线在不同间距下的水平力变化情况，依据短导线实际受力大小及趋近抛物线公式的速度将多种型号的短导线进行组别划分。
16.进一步的技术方案，组别划分时，第一组导线的拉压临界点对应的间距为第一间距，第二、三组导线的拉压临界点对应的间距为第二间距。
17.进一步的技术方案，短导线的综合荷重计算公式为：
18.19.其中，短导线自重荷载q1、冰荷载q2、风荷载q5计算短导线的综合荷重q7。
20.进一步的技术方案，根据所属组别以及综合荷重计算短导线实际受到的水平力时，具体步骤为：
21.定义系数α，获得α-l关系图；
22.定义一个和长度有关的系数x，使用变量x对间距变量l进行无量纲处理，获得第一组导线的α-x拟合关系以及第二、三组导线的α-x拟合关系；
23.基于上述拟合关系计算短导线实际受到的水平力。
24.进一步的技术方案，第一组导线的α-x拟合关系表达式为：
[0025][0026]
定义一个和长度有关的系数x，x＝l/lc，lc为导线的特征长度。
[0027]
进一步的技术方案，第二、三组导线的α-x拟合关系表达式为：
[0028][0029]
定义一个和长度有关的系数x，x＝l/lc，lc为导线的特征长度。
[0030]
进一步的技术方案，短导线实际受到的水平力fh如下
[0031][0032]
其中，q为荷重；l为间距；f
l/2
为间距中间位置的弧垂；g为重力加速度。
[0033]
进一步的技术方案，计算短导线弯矩时，具体步骤为：
[0034]
定义弯矩无量纲化系数αm；
[0035]
将间距进行无量纲化处理，即使用变量x；
[0036]
弯矩无量纲化系数αm及变量x进行拟合，获得参考计算公式：
[0037]
αm＝0.57x2+1.8x-0.7；
[0038]
基于参考计算公式推导出短导线分别在y方向及z方向的弯矩的计算公式。
[0039]
进一步的技术方案，还包括根据短导线自重荷载、冰荷载、风荷载、短导线的综合荷重及间距计算短导线在y方向及z方向的受力计算步骤。
[0040]
第二方面，公开了一种变电站等高差短导线受力分析系统，包括：
[0041]
组别确定模块，被配置为：确定待分析短导线的型号及间距确定所属组别；
[0042]
考虑短导线自重荷载、冰荷载、风荷载计算短导线的综合荷重；
[0043]
短导线实际受到的水平力计算模块，被配置为：根据所属组别以及综合荷重计算短导线实际受到的水平力；
[0044]
短导线弯矩计算模块，被配置为：再根据参考计算公式、短导线自重荷载、冰荷载、风荷载以及综合荷重、短导线间距计算短导线弯矩；
[0045]
输出模块，被配置为：输出所计算的短导线实际受到的水平力以及短导线弯矩。
[0046]
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0047]
本发明针对短导线的特点重新设计受力计算公式，使得所计算的受力分析与短导
向的实际受力相吻合。
[0048]
本发明提出变电站内短导线的受力计算方法，供后续设计参考使用。
[0049]
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0050]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0051]
图1为本发明实施例方法流程示意图；
[0052]
图2为水平方向力fh变化情况示意图；
[0053]
图3为α-l关系示意图；
[0054]
图4为第一组导线拟合结果示意图；
[0055]
图5为第二、三组导线拟合结果示意图；
[0056]
图6为弯矩计算结果示意图；
[0057]
图7为弯矩拟合结果示意图。
具体实施方式
[0058]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0059]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0060]
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0061]
根据导线两端挂线点的相对位置不同，将研究对象分为等高差连接和不等高差连接。等高差连接的导线不仅平面上关于跨中轴线对称，空间上也关于挂线点连线对称。因此，其受力性能可以按对称结构分析，且其变形前后均为平面曲线。不等高差则不存在这种对称性。在风荷载作用下，其变形后为空间曲线。等高差导线端部受力性能仅与间距相关，而不等高差除与间距相关外，还与高差及端部使用线夹角度等因素相关。本技术是采用等高差为前提进行的短导线受力计算。
[0062]
实施例一
[0063]
本实施例公开了一种变电站等高差短导线受力分析方法，参见附图1所示，具体包括：
[0064]
确定待分析短导线的型号及间距，确定所属组别；
[0065]
考虑短导线自重荷载、冰荷载、风荷载计算短导线的综合荷重；
[0066]
根据所属组别以及综合荷重计算短导线实际受到的水平力，具体步骤为先判断短导线的所属类别是否为第一类导线，然后分别代入所属的计算长度系数x的公式中，将计算出的结果按不同类别的公式计算无量纲系数，α最终计算出水平力；
[0067]
再根据专利中总结的参考计算公式、带入短导线自重荷载、冰荷载、风荷载以及综合荷重、短导线间距计算参数来计算短导线弯矩；
[0068]
输出所计算的短导线实际受到的水平力以及短导线弯矩。
[0069]
在具体实现时，通过对七种型号的导线进行分析，可以对比不同导线在不同间距下的水平力变化情况。为了和现有计算方法对比，另外又使用现行的计算方法对其进行计算。对比结果参见附图2所示。
[0070]
从图2中可以看出，对于不同的导线，其受力性能的变化规律均随间距变大而趋向于目前正在使用的方法。这也间接说明了结果的正确性。不同型号的导线具体受力大小并不相同，其趋近于抛物线公式的速度也不相同。从上图2中数据的分布特点来看，可以依据导线实际受力大小及趋近抛物线公式的速度，将七种导线(lgjqt-1400实际代表两种导线)分为三组，见表1。
[0071]
表1导线分组情况
[0072][0073]
从图2中可以看出，在间距较小时，导线受到的端子处的反力是压力而不是拉力。这一点与目前正在使用的分析方法得出的结论不同——现行分析方法认为不存在导线水平受压的情况。
[0074]
使用表1中的分组方法，发现第一组导线的拉压临界点(fh＝0)对应的档距l＝5m，即为两挂线点之间的直线距离，而第二组和第三组的拉压临界点为l＝4m。由于拉压临界点的位置与导线型号有关，则可以定义导线在fh＝0时对应的间距为特征间距lc，即对于特定型号的导线，当线长的确定方法不变时，其特征长度lc为一定值。
[0075]
为了对端部水平力进行定量化分析，先对水平作用力和间距进行无量纲化处理。定义系数α，使得
[0076][0077]
该公式中，fh为导线实际受到的水平作用力，f
′h使用下式计算
[0078][0079]
式中：q为导线所受到的均布荷载，kgf/m；
[0080]
l为档距，即两挂点之间的水平距离，m，实际工程中，等高差条件下所使用的导线连接长度的确定方法由现场施工单位确定，具有一定灵活性；
[0081]fl/2
为间距中间位置的弧垂，m；
[0082]
g为重力加速度，一般取9.8m/s2。
[0083]
由此，导线实际受到的水平力fh如下
[0084][0085]
其中，m为导线所承受的弯矩，单位n*m
[0086]
将上述水平力计算结果按上述方式进行数据处理后，可以得到α-l关系图。由于同一组内的导线其受力性能基本相同，因此在定量分析中可以取其中的一种导线作为代表进行分析研究。其中，第一组取nrlh58j-1440，第二组取lgkk-600，第三组取lgj-500/45。各组导线的α-l关系如图3所示。
[0087]
从图3中可以看出，系数α在第二组和第三组导线中随间距的变化情况是基本一致的，而与第一组导线略有差异。这一点与特征长度lc的计算结果是吻合的。由此，可以定义一个和长度有关的系数x
[0088]
x＝l/lc[0089]
式中，lc为导线的特征长度。
[0090]
对上述结果进行进一步的处理，并对结果进行拟合，可以得到如图4、5所示的拟合关系。
[0091]
从图4、5中可以看出，使用变量x对间距变量l进行无量纲处理后，两种情况都可以使用一个分段线性函数进行拟合，且物理意义明确——以连接导线自身的特征长度为界，端子的受力可以分为拉压两个区域，在受力性质(拉或压)不变的条件下，其大小随间距基本成线性关系。其中，第一组导线的α-x拟合关系为
[0092][0093]
第二、三组导线的α-x拟合关系为
[0094][0095]
现行的计算方法中并未考虑接线端子所受的弯矩作用，但由于实际工程中发现了可能由弯矩作用引起的端子破坏，本项目对等高差情况下导线端部的弯矩大小也进行了研究。各种导线的在不同间距条件下在端部产生的弯矩大小如图6所示。
[0096]
从图6中可以看出，根据弯矩的计算结果，也可以将导线分为两组(或三组，其中第二组和第三组结果相近)。通过观察图形可知，弯矩的变化规律为先减小，后增大。前期随间距增大而减小的速度要快于后期随间距增大而增大的速度。其中，nrlh58j-1440和lgjqt-1400的结果近似相同，在l＝5m位置左右弯矩达到最小值；其余导线结果相近，并在l＝4m左右达到最小值。对比后发现，弯矩达到最小值的位置与拉压分界点(特征长度lc)基本相同。由此，可以使用与上述数据处理类似的方法对弯矩计算结果进行分析。
[0097]
定义弯矩无量纲化系数αm，满足
[0098][0099]
式中，m为导线端部实际所受弯矩，其余同上。
[0100]
将上图中的间距进行无量纲化处理，即使用变量x
[0101]
x＝l/lc[0102]
原始数据经处理后的结果如图7所示。
[0103]
从图7中可以看出，经处理后的弯矩分析结果较水平作用力结果更为统一。根据数据分布的特点，可以采用一个统一的二次函数对其进行拟合，作为参考计算公式。参考计算公式如下：
[0104]
αm＝0.57x2+1.8x-0.7
[0105][0106]
其中，q1表示自重荷载，q2表示冰荷载，q3表示风荷载，q1表示综合荷重；
[0107]
提出变电站内短导线的受力计算方法，供后续设计参考使用。
[0108]
本发明通过仿真计算得到当参数取为不同值时两端发力的大小。将结果数据绘制成图，通过观察数据点的分布及对其进行拟合，总结当各参数变化时，导线两端的反力的变化规律。纠正现行设计方法中的错误，并形成新的计算公式供设计参考使用。
[0109]
实施例二
[0110]
本实施例的目的是提供一种计算装置,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上述方法的步骤。
[0111]
实施例三
[0112]
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
[0113]
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执行上述方法的步骤。
[0114]
实施例四
[0115]
本实施例的目的是提供一种变电站等高差短导线受力分析系统，包括：
[0116]
组别确定模块，被配置为：确定待分析短导线的型号及间距确定所属组别；
[0117]
考虑短导线自重荷载、冰荷载、风荷载计算短导线的综合荷重；
[0118]
短导线实际受到的水平力计算模块，被配置为：根据所属组别以及综合荷重计算短导线实际受到的水平力；
[0119]
短导线弯矩计算模块，被配置为：再根据参考计算公式、短导线自重荷载、冰荷载、风荷载以及综合荷重、短导线间距计算短导线弯矩；
[0120]
输出模块，被配置为：输出所计算的短导线实际受到的水平力以及短导线弯矩。
[0121]
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
[0122]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0123]
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。