输电线路塔—线体系抗冰能力评估与覆冰灾害预警研究

摘要

输电线路覆冰对电网的安全稳定运行构成了严重威胁，国内外学者对输电线路覆冰及其防御技术做了大量的研究工作。但是，如何在控制成本的情况下开展有效的输电线路抗冰改造工作，如何解决覆冰在线监测设备安装的盲目性，如何确定输电线路冰灾预警阈值仍然是亟待解决的问题。为此，本文以架空输电线路为研究对象，旨在研究一种能够定位线路薄弱环节并计算其极限承载能力的输电线路塔-线体系抗冰能力评估方法；同时作为覆冰灾害预警的基础，开发了一种辅助人工实现线路覆冰厚度快速准确测量的方法。本文的主要工作有：
　　①开发了输电塔-线体系有限元模型快速建模系统。
　　建立了我国冰区典型500kV输电杆塔、导线、地线及光缆有限元模型库，结合参数化设计方法开发出能够快速准确建立输电塔-线体系有限元模型的建模系统，该系统的建立为实现全线路抗冰能力评估提供支撑。
　　②提出了输电塔-线体系抗冰能力评估方法。
　　基于有限元仿真分析的方法，考虑导线及地线的几何非线性特性，以及微地形微气象因素，研究输电塔-线体系的抗冰能力评估方法，得到了一种能够定位塔-线体系薄弱环节并计算其极限承载能力的输电塔-线体系抗冰能力评估方法。该方法结合输电塔-线体系有限元模型快速建模系统可以相对高效地实现输电线路全线路的抗冰能力评估。
　　③提出了一种新型的输电线路覆冰灾害预警方法。
　　对我国冰区典型输电线路进行抗冰能力评估，根据输电塔-线体系抗冰能力评估的结果，确定了输电塔-线体系的极限承载能力，及其薄弱环节，在抗冰能力评估的基础上研究了覆冰灾害预警阈值的精细化划分方法，同时针对冰灾预警中覆冰观测环节存在的不足，提出了一种能够在人工巡查线路时，辅助实现线路覆冰厚度快速准确测量的方法，为冰灾预警提供更加准确的观冰数据。
　　综上所述，本文采用参数化设计方法研究并开发了输电塔-线体系快速建模系统，基于有限元法研究了输电塔-线体系抗冰能力评估的方法，应用塔-线体系快速建模系统实现了全线路的抗冰能力评估，基于抗冰能力评估结果研究了覆冰灾害预警阈值的划分方法，研制了一种便携式的覆冰观测仪器和方法，为输电线路抗冰改造、覆冰在线监测设备的安装以及冰灾预警提供了参考依据。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 输电线路覆冰的危害

1.2 现有主要冰灾防御技术

1.3 塔-线体系抗冰能力评估研究现状

1.4 本文的主要工作

2 输电塔-线体系结构分析基本理论

2.1 架空输电线路的组成

2.2 材料力学基本理论

2.3 输电杆塔稳定性分析

2.4 输电塔-线体系结构破坏模式

2.5 本章小结

3 输电塔-线体系有限元模型快速建模系统

3.1 输电塔-线体系结构有限元分析基本理论

3.2 ANSYS及其参数化设计语言APDL简介

3.3 杆塔有限元模型库

3.4 常用架空导线、地线及光缆参数库

3.5 绝缘子串及地线金具有限元模型的建立

3.6 塔-线体系有限元模型快速建模系统流程

3.7 应用非线性有限元分析的塔-线体系初始形态分析

3.8 本章小结

4 输电线路塔-线体系抗冰能力评估

4.1 输电线路塔-线体系抗冰能力评估方法

4.2 基于Google Earth的输电线路覆冰微地形分类选取方法

4.3 输电塔-线体系的薄弱点及其极限承载能力分析

4.4 抗冰能力评估方法应用举例

4.5 不同冰区和典型塔型抗冰能力及特点分析

4.6 本章小结

5 抗冰能力评估在输电线路覆冰灾害预警中的应用

5.1 输电线路覆冰灾害预警阈值的确定

5.2 输电线路等值覆冰厚度的观测方法

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 快速建模系统命令流（部分）