一种输电线路弧垂计算方法、设备及计算机介质

技术领域

本发明涉及数据仿真技术领域，特别是涉及一种输电线路弧垂计算方法、设备及计算机介质。

背景技术

由于极端天气、烧荒、祭祀等自然、人为因素的影响，架空输电线路走廊附近大范围山火灾害时有发生。架空输电线路下方发生山火时，输电线路间隙绝缘强度会明显下降，容易引发输电线路跳闸停运，给电网的安全运行造成严重威胁。然而现有的山火跳闸风险预测方法对输电线路弧垂没有考虑高温因素的作用，影响了山火跳闸风险评估的准确性。

目前，国内外大多选择采用传统的悬链线法计算输电线路弧垂长度，但是这一方法缺乏考虑导线迁移点温度对于弧垂的影响以及山火条件下山火对导线温度的影响，无法精确计算温度变化对导线弧垂的影响，导致难以得到准确的山火跳闸风险预测结果。

发明内容

本发明提供一种输电线路弧垂计算方法、设备及计算机介质，所述方法基于悬链线法建立了输电线路导线有限元模型，并施加不同的温度分布场得到导线弧垂值，解决了上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种输电线路弧垂计算方法，包括：

根据悬链线方程建立输电线路导线初始位置模型；

对所述输电线路导线初始位置模型进行找形，确定导线有限元模型；

对所述导线有限元模型施加温度条件，得到所述导线第一弧垂值；

对所述导线轴线方向的不同区段单元施加不同温度边界条件，经过后处理提取所述导线第二弧垂值。

本发明提供的输电线路弧垂计算方法基于悬链线公式法的有限元仿真模型，计算温度和应力匹配等因素下的线路弧垂变化情况，并将山火条件下输电线路附近的不均匀温度分布场施加到导线有限元模型上，计算得到大档距输电线路导线沿其长度方向出现温度不均匀现象时的弧垂变化，根据求解的弧垂变化信息能够更准确地预测山火跳闸风险。

可选的，所述根据悬链线方程建立输电线路导线初始位置模型之前，还包括：根据所述导线的类型进行单元选择；根据所述导线的型号定义材料参数。

可选的，所述单元设置为LINK10单元；所述材料参数包括导线直径、导线截面积、弹性系数、线膨胀系数、单位长度质量、计算张力以及输电线路档距。

可选的，所述悬链线方程为：

可选的，所述对所述输电线路导线初始位置模型进行找形，具体为：对所述输电线路导线初始位置模型施加边界条件和初始应变；设置大变形和应力刚化并进行非线性求解，得到满足所述导线的几何形状以及理论误差条件的导线有限元模型。

可选的，所述非线性求解包括：采用Newton-Raphson方法进行迭代收敛计算。

可选的，所述对所述输电线路导线初始位置模型进行找形，还包括：对所述导线施加初应变和重力场，其中初应变的计算方程为：

可选的，所述

上述通过施加初应变和重力来对导线进行找形的过程能够确保找形计算的准确性，且与理论值相比，模拟值考虑了结构非线性情况，更能准确模拟工程的实际情况。

同时，通过直接建立导线悬链线方程再对导线进行找形，可在找形后不用重新设置导线的弹性模量，使找形速度更快。

第二方面，本发明还提供一种数据处理设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行如第一方面所述的输电线路弧垂计算方法。

第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第一方面所述的输电线路弧垂计算方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的输电线路弧垂计算方法流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，第一方面，本发明一个实施例提供一种输电线路弧垂计算方法，包括下述步骤。

S11：根据悬链线方程建立输电线路导线初始位置模型。

在该实施例中，根据悬链线方程建立输电线路导线初始位置模型之前，根据导线的类型进行单元选择，再根据所述导线的型号定义材料参数。

具体地，可在有限元软件ANSYS中选择合适的单元，根据导线型号定义材料参数，建立输电导线模型。

其中，导线型号定义材料参数主要包括：导线直径、导线截面积、弹性系数、线膨胀系数、单位长度质量、计算张力以及输电线路档距等参数；输电线路的导线则选择LINK10单元进行模拟。

在该实施例中，根据导线的悬链线方程建立导线初始位置几何模型，所述悬链线方程为：

S12：对所述输电线路导线初始位置模型进行找形，确定导线有限元模型。

在该实施例中，对所述输电线路导线初始位置模型施加边界条件和初始应变，设置大变形和应力刚化并进行非线性求解，得到满足所述导线的几何形状以及理论误差条件的导线有限元模型。

具体地，首先对输电线路导线初始位置模型施加边界条件和初始应变，对所述导线施加初应变和重力场，其中初应变的计算方程为：

其中，

再设置大变形和应力刚化效应，并采用Newton-Raphson方法进行迭代收敛计算，输出导线的位移和内力，将得到的导线位移值加到输电线路导线初始位置模型中，更新所述模型的节点坐标，直至模型中导线的几何形状和理论误差值满足预设要求，找形结束。

本发明通过施加初应变和重力来对导线进行找形，将找形后的弧垂模拟值与理论值进行对比，并设置对比误差在允许范围内，以确保找形计算的准确性，且与理论值相比，模拟值考虑了结构非线性情况，更能准确模拟工程的实际情况。同时，通过直接建立导线悬链线方程再对导线进行找形，可在找形后不用重新设置导线的弹性模量，使找形速度更快。

S13：对所述导线有限元模型施加温度条件，得到所述导线第一弧垂值。

具体地，在所述导线有限元模型中，对导线整体施加温度条件，以模拟导线均匀温升时候的输电导线弧垂变化，后处理提取得到导线第一弧垂值，即：导线温度均匀分布时的弧垂值。

S14：对所述导线轴线方向的不同区段单元施加不同温度边界条件，经过后处理提取所述导线第二弧垂值。

具体地，对导线初始模型施加不均匀温度分布场，通过在导线不同区段上的单元施加不同的温度边界条件，得到导线第二弧垂值，以更好地模拟山火高温条件下导线不均匀温度分布的效果。

本发明考虑了山火条件下导线运行温度升高带来的影响，在计算温度场时采取分段方式计算弧垂值，并考虑了输电导线的导线迁移点温度，将输电线路可能出现的因应力突变而导致弧垂突然上升的情况考虑在内，相较于传统方法，本发明提供的弧垂计算方法能够有效地预测出山火条件下输电线路弧垂大小，为山火跳闸风险预测提供更加准确的依据。

第二方面，本发明实施例还提供一种数据处理设备，其包括处理器，所述处理器和存储器耦合，存储器存储有程序，所述程序由处理器执行，使得所述数据处理设备执行上述任一个实施例所述的输电线路弧垂计算方法。

第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一个实施例所述的输电线路弧垂计算方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。