一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法及装置与流程

1.本发明涉及输电线路风荷载计算领域，具体涉及一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法及装置。


背景技术：

2.风荷载是输电线路设计的重要控制荷载，其计算方法关乎高海拔地区输电线路工程经济性和安全可靠性。风振系数是计算杆塔风荷载最重要的参数之一，而脉动折减系数取值对风振系数有重要影响。输电线路为塔线耦合体系，根据结构随机振动理论，环境风作用下杆塔结构和导地线的耦合效应，会对杆塔和导地线的风振响应造成影响，设计中这一影响一般采用脉动折减系数来考虑。
3.目前，dl/t 5551
‑
2018《架空输电线路荷载规范》采用脉动折减系数考虑结构敏感性与塔线叠加相关性，并结合输电线路行业多年来的设计和运行经验，规定全高不低于40m的杆塔，用于杆塔风振系数计算的脉动折减系数取1.0；对于大跨越和特高压输电线路，用于导地线风荷载计算的脉动折减系数分别取0.95和0.85，然而，按照规范的脉动折减系数计算杆塔及导地线风荷载相对保守，脉动折减系数是计算输电线路设计风荷载的重要参数，现有高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法未考虑综合影响因素，还存在不足或改善空间。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决现有高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法未考虑综合影响因素，还存在不足或改善空间的技术问题的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法及装置。
5.第一方面，提供一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法，所述高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法包括：
6.获取高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移；
7.基于所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移计算高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比；
8.利用所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比确定高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数。
9.优选的，所述导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移的获取过程包括：
10.分别建立导地线和杆塔有限元分析模型，所述有限元分析模型中的空气密度、风压高度变化系数按照高海拔地区输电线路风场实测值取值；
11.对所述有限元分析模型进行有限元静力分析，得到导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移。
12.优选的，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子的计算式如下：
[0013][0014]
上式中，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，l为导地线水平档距，l
s
为湍流积分尺度，z0为导地线或杆塔的形心高度。
[0015]
优选的，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的共振因子的计算式如下：
[0016][0017]
上式中，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子，f
c
为导地线自振频率，f
t
为杆塔自振频率，z0为导地线或杆塔的形心高度，l为导地线水平档距，为形心高度处的10min平均风速，ζ
c
为导地线阻尼比，ζ
t
为杆塔结构阻尼比。
[0018]
优选的，所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比的计算式如下：
[0019][0020]
上式中，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比，为导地线在平均风荷载作用的静态位移，为杆塔在平均风荷载作用的静态位移，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子。
[0021]
优选的，所述高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数的计算式如下：
[0022][0023]
上式中，ε为高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比。
[0024]
第二方面，提供一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算装置，所述高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算装置包括：
[0025]
获取模块，用于获取高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移；
[0026]
计算模块，用于基于所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移计算高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比；
[0027]
确定模块，用于利用所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比确定高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数。
[0028]
第三方面，提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法。
[0029]
第四方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法。
[0030]
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
[0031]
本发明提供一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法，所述方法包括：获取高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移；基于所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移计算高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比；利用所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比确定高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数。与传统的输电线路风荷载脉动折减系数计算方法相比，该方案能够有效解决了现行规范高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法未考虑导地线与杆塔风振响应比和高海拔风场参数特性综合影响的问题，具有更好的适用性和更高的精度。
附图说明
[0032]
图1是根据本发明的一个实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法的主要步骤流程示意图；
[0033]
图2是本发明实施例中输电线路风荷载脉动折减系数曲线图；
[0034]
图3是根据本发明的一个实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
本发明将针对目前规范中高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法中存在的问题，首先根据结构随机振动理论，提出基于导地线与杆塔风振响应比的脉动折减系数
计算方法，根据高海拔输电线路所在区域的实测空气密度、风压高度变化系数和湍流积分尺度，由有限元静力分析确定导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移，按照随机振动理论方法计算导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子，进而确定典型输电线路的导地线与杆塔风振响应比，最后计算输电线路风荷载脉动折减系数，为更加准确的计算高海拔地区杆塔及导地线风振系数和输电线路风荷载提供参考和依据。
[0038]
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法主要包括以下步骤：
[0039]
步骤s101：获取高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移；
[0040]
步骤s102：基于所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移计算高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比；
[0041]
步骤s103：利用所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比确定高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数。
[0042]
本实施例中，所述导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移的获取过程包括：
[0043]
分别建立导地线和杆塔有限元分析模型，所述有限元分析模型中的空气密度、风压高度变化系数按照高海拔地区输电线路风场实测值取值；
[0044]
对所述有限元分析模型进行有限元静力分析，得到导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移。
[0045]
其中，静态位移对应代表位置高度取导地线和杆塔形心高度。
[0046]
本实施例中，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子的计算式如下：
[0047][0048]
上式中，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，l为导地线水平档距，l
s
为湍流积分尺度，z0为导地线或杆塔的形心高度。
[0049]
本实施例中，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的共振因子的计算式如下：
[0050]
[0051]
上式中，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子，f
c
为导地线自振频率，f
t
为杆塔自振频率，z0为导地线或杆塔的形心高度，l为导地线水平档距，为形心高度处的10min平均风速，ζ
c
为导地线阻尼比，ζ
t
为杆塔结构阻尼比。
[0052]
本实施例中，所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比的计算式如下：
[0053][0054]
上式中，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比，为导地线在平均风荷载作用的静态位移，为杆塔在平均风荷载作用的静态位移，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子。
[0055]
本实施例中，所述高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数的计算式如下：
[0056][0057]
上式中，ε为高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比，高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数与导地线与杆塔风振响应比的函数关系可用图2所示曲线表示。
[0058]
现应用具体实例介绍采用上述方法进行计算高海拔输电线路风荷载脉动折减系数的过程。
[0059]
以某110kv高海拔输电线路为例，分析线路段海拔高度z＝4000m，基本设计风速v＝30m/s，水平档距l＝400m，导地线和杆塔形心高度z0均为30m，由现场实测确定的风剖面指数为0.10，湍流积分尺度l
s
＝70m，形心高度处的10min平均风速为37.4m/s。导线阻尼比ζ
c
为0.1，杆塔结构阻尼比ζ
t
为0.02，导地线自振频率f
c
为0.25hz，杆塔自振频率f
t
为1.68hz。
[0060]
首先，分别建立110kv输电线路导地线和杆塔有限元分析模型，按照高海拔地区输电线路风场实测值取值，4000m海拔空气密度0.86kg/m3、风压高度变化系数对应的风剖面指数为0.10，由有限元静力分析确定导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移和分别为0.78m和0.25m，静态位移对应代表位置高度取导地线和杆塔形心高度，形心高度h0为30m。
[0061]
进一步的，分别计算导地线及杆塔的背景因子和共振因子，b
c
＝0.179，b
t
＝0.806，r
c
＝0.065，r
t
＝0.198，计算的静态位移和最后计算响应比和计算脉动折减系数
[0062]
基于同一发明构思，本发明还提供一种高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算
装置，所述高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算装置，如图3所示，包括：
[0063]
获取模块，用于获取高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移；
[0064]
计算模块，用于基于所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子和共振因子以及导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移计算高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比；
[0065]
确定模块，用于利用所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比确定高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数。
[0066]
优选的，所述导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移的获取过程包括：
[0067]
分别建立导地线和杆塔有限元分析模型，所述有限元分析模型中的空气密度、风压高度变化系数按照高海拔地区输电线路风场实测值取值；
[0068]
对所述有限元分析模型进行有限元静力分析，得到导地线、杆塔在平均风荷载作用的静态位移。
[0069]
优选的，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的背景因子的计算式如下：
[0070][0071]
上式中，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，l为导地线水平档距，l
s
为湍流积分尺度，z0为导地线或杆塔的形心高度。
[0072]
优选的，所述高海拔输电线路中导地线、杆塔在脉动风作用下的共振因子的计算式如下：
[0073][0074]
上式中，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子，f
c
为导地线自振频率，f
t
为杆塔自振频率，z0为导地线或杆塔的形心高度，l为导地线水平档距，为形心高度处的10min平均风速，ζ
c
为导地线阻尼比，ζ
t
为杆塔结构阻尼比。
[0075]
优选的，所述高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比的计算式如下：
[0076]
[0077]
上式中，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比，为导地线在平均风荷载作用的静态位移，为杆塔在平均风荷载作用的静态位移，b
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的背景因子，b
t
为输电线路中杆塔在脉动风作用下的背景因子，r
c
为高海拔输电线路中导地线在脉动风作用下的共振因子，r
t
为高海拔输电线路中杆塔在脉动风作用下的共振因子。
[0078]
优选的，所述高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数的计算式如下：
[0079][0080]
上式中，ε为高海拔输电线路的风荷载脉动折减系数，为高海拔输电线路的导地线与杆塔风振响应比。
[0081]
进一步，本发明还提供了一种存储装置。在根据本发明的一个存储装置实施例中，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该存储装置可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中存储是非暂时性的计算机可读存储介质。
[0082]
进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的高海拔输电线路风荷载脉动折减系数计算方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。
[0083]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0084]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0085]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0086]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0087]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。