一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法及装置

技术领域

本发明涉及架空输电线路运维技术领域，具体涉及一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法及装置。

背景技术

导地线覆冰是导致架空输电线路跳闸故障尤其是杆塔结构失效的主要灾害形式。受地形地貌、档距高差、微地形等因素影响，导地线经常产生不均匀覆冰。另一方面，导地线不同期脱冰后，也会形成不均匀覆冰。不均匀覆冰情况下，杆塔两侧会产生纵向不平衡张力。当不平衡张力足够大时，将导致杆塔塔材弯曲变形甚至发生杆塔倾倒，给电网安全稳定运行带来较大挑战。

现有技术中，专利CN115935215A和CN116576784A等提出了架空输电线路覆冰程度预测或者评估方法。《架空输电线路风险评估研究及展望》介绍了重要输电通道风险评估、架空输电线路状态评价和老旧输电线路风险评估等三种输电线路风险评估方法，利用专家打分、HIRA方法等定性给出了风险程度，难以针对具体覆冰工况开展专项分析与评估。线路运维单位更加关注实际覆冰发生时，架空输电线路在不均匀覆冰情况下杆塔失效风险程度如何，从而针对性的制定运维和检修策略，提高极端灾害情况下的应急响应能力。因此，有必要构建一种不均匀覆冰情况下，杆塔结构失效的风险评估方法，为开展运维检修提供技术支撑。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提出了一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法及装置。

第一方面，提供一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法，所述不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法包括：

基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；

基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。

优选的，所述杆塔的结构失效概率如下：

上式中，f为杆塔的结构失效概率，b为杆塔的实际覆冰厚度，b

进一步的，所述杆塔的最小极限覆冰厚度的获取过程包括：

利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境；

在有限元仿真计算环境中，设置杆塔的设计冰厚，并将杆塔的设计冰厚作为初始计算条件，以1mm为步长逐步增加杆塔的覆冰厚度，直至计算出塔材荷载超出其承载能力的最小极限覆冰厚度。

进一步的，所述利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境之后包括：

基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率。

进一步的，所述基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率，包括：

当杆塔的类型为悬垂塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为20％；

当杆塔的类型为耐张塔杆塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为0％。

进一步的，所述有限元仿真计算环境中，设置的荷载组合系数为0.9，设置的垂直冰荷载为75％。

优选的，所述基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估，包括：

按下式确定杆塔结构失效风险等级：

上式中，f为杆塔的结构失效概率。

第二方面，提供一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估装置，所述不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估装置包括：

确定模块，用于基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；

评估模块，用于基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。

优选的，所述杆塔的结构失效概率如下：

上式中，f为杆塔的结构失效概率，b为杆塔的实际覆冰厚度，b

进一步的，所述杆塔的最小极限覆冰厚度的获取过程包括：

利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境；

在有限元仿真计算环境中，设置杆塔的设计冰厚，并将杆塔的设计冰厚作为初始计算条件，以1mm为步长逐步增加杆塔的覆冰厚度，直至计算出塔材荷载超出其承载能力的最小极限覆冰厚度。

进一步的，所述利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境之后包括：

基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率。

进一步的，所述基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率，包括：

当杆塔的类型为悬垂塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为20％；

当杆塔的类型为耐张塔杆塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为0％。

进一步的，所述有限元仿真计算环境中，设置的荷载组合系数为0.9，设置的垂直冰荷载为75％。

优选的，所述评估模块具体用于：

按下式确定杆塔结构失效风险等级：

上式中，f为杆塔的结构失效概率。

第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

所述处理器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法。

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：

本发明提供了一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法及装置，包括：基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。本发明提供的技术方案计算方法明确，可定量化评估风险，对线路运维检修可提供有效指导。

附图说明

图1是本发明实施例的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法的主要步骤流程示意图；

图2是本发明实施例的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估装置的主要结构框图。

具体实施方式

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。

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。

如背景技术中所公开的，导地线覆冰是导致架空输电线路跳闸故障尤其是杆塔结构失效的主要灾害形式。受地形地貌、档距高差、微地形等因素影响，导地线经常产生不均匀覆冰。另一方面，导地线不同期脱冰后，也会形成不均匀覆冰。不均匀覆冰情况下，杆塔两侧会产生纵向不平衡张力。当不平衡张力足够大时，将导致杆塔塔材弯曲变形甚至发生杆塔倾倒，给电网安全稳定运行带来较大挑战。

现有技术中，专利CN115935215A和CN116576784A等提出了架空输电线路覆冰程度预测或者评估方法。《架空输电线路风险评估研究及展望》介绍了重要输电通道风险评估、架空输电线路状态评价和老旧输电线路风险评估等三种输电线路风险评估方法，利用专家打分、HIRA方法等定性给出了风险程度，难以针对具体覆冰工况开展专项分析与评估。线路运维单位更加关注实际覆冰发生时，架空输电线路在不均匀覆冰情况下杆塔失效风险程度如何，从而针对性的制定运维和检修策略，提高极端灾害情况下的应急响应能力。因此，有必要构建一种不均匀覆冰情况下，杆塔结构失效的风险评估方法，为开展运维检修提供技术支撑。

为了改善上述问题，本发明提供了一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法及装置，包括：基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。本发明提供的技术方案计算方法明确，可定量化评估风险，对线路运维检修可提供有效指导。

下面对上述方案进行详细阐述。

实施例1

参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法主要包括以下步骤：

步骤S101：基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；

步骤S102：基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。

本实施例中，考虑到杆塔塔材强度、塔材实际厚度、实际不均匀覆冰程度难以达到一侧100％覆冰另一侧0％覆冰，以及荷载计算未考虑偶然荷载等因素，所述杆塔的结构失效概率如下：

上式中，f为杆塔的结构失效概率，b为杆塔的实际覆冰厚度，b

在实施本方案之前，还需要进行线路结构参数和实际运行参数收资。首先明确架空输电线路不均匀覆冰导致杆塔结构失效的风险评估区段，如输电线路易覆冰区段或者重要输电线路、重要交叉跨越区段。收集待评估区段的设计参数和运行数据，主要包括设计气象条件、导地线型号、实际档距、代表档距、塔型计算基准呼高、实际使用呼高、设计水平档距、实际使用水平档距、设计垂直档距、实际使用垂直档距、高程等。

进一步的，所述杆塔的最小极限覆冰厚度的获取过程包括：

利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境；

在有限元仿真计算环境中，设置杆塔的设计冰厚，并将杆塔的设计冰厚作为初始计算条件，以1mm为步长逐步增加杆塔的覆冰厚度，直至计算出塔材荷载超出其承载能力的最小极限覆冰厚度。

其中，所述利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境之后包括：

基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率。

具体的，所述基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率，包括：

当杆塔的类型为悬垂塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为20％；

当杆塔的类型为耐张塔杆塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为0％。

其中，所述有限元仿真计算环境中，设置的荷载组合系数为0.9，设置的垂直冰荷载为75％。

本实施例中，所述基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估，包括：

按下式确定杆塔结构失效风险等级：

上式中，f为杆塔的结构失效概率。

根据现场监测或者后台预测到的覆冰数据，运维人员可以计算出线路各个区段的杆塔失效概率，并根据上式确定风险等级，可根据风险等级差异化制定运维检修策略，提升线路安全稳定运行水平。

以±800kV架空输电线路某某线路某区段为例，依据线路实际结构参数评估出各种不均匀覆冰情况下，杆塔失效风险等级。实际线路运行过程中，基于覆冰监测和预测结果，依托覆冰灾害评估系统适时发布线路风险评估结果，针对性开展运维检修工作。当线路周边覆冰情况发生重大变化时，通过技改项目如加固杆塔、增加直线塔、地线直线改耐张等方式，提升线路低于不均匀覆冰的能力。

实施例2

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估装置，如图2所示，所述不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估装置包括：

确定模块，用于基于杆塔的实际覆冰厚度确定杆塔的结构失效概率；

评估模块，用于基于所述杆塔的结构失效概率对杆塔进行杆塔结构失效风险评估。

优选的，所述杆塔的结构失效概率如下：

上式中，f为杆塔的结构失效概率，b为杆塔的实际覆冰厚度，b

进一步的，所述杆塔的最小极限覆冰厚度的获取过程包括：

利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境；

在有限元仿真计算环境中，设置杆塔的设计冰厚，并将杆塔的设计冰厚作为初始计算条件，以1mm为步长逐步增加杆塔的覆冰厚度，直至计算出塔材荷载超出其承载能力的最小极限覆冰厚度。

进一步的，所述利用有限元工具搭建杆塔的有限元仿真计算环境之后包括：

基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率。

进一步的，所述基于杆塔的类型在有限元仿真计算环境中设计杆塔两端的覆冰率，包括：

当杆塔的类型为悬垂塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为20％；

当杆塔的类型为耐张塔杆塔时，杆塔一侧覆冰率为100％，另一侧为0％。

进一步的，所述有限元仿真计算环境中，设置的荷载组合系数为0.9，设置的垂直冰荷载为75％。

优选的，所述评估模块具体用于：

按下式确定杆塔结构失效风险等级：

上式中，f为杆塔的结构失效概率。

实施例3

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法的步骤。

实施例4

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种不均匀覆冰情况下杆塔结构失效风险评估方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

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。

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。

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。