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专利号: 2018107514470
申请人: 西安工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑运行温度变化的输电导线模态分析方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1,根据导线的参数和导线运行时的温度T,计算导线在此温度下的弹性模量ET;

步骤1具体按照以下步骤实施:

导线为金属材质,可以视为多晶体,其在温度为T时的弹性模量可以写为:式中m表示原子间距,F表示导线晶体的结合力,表示为,其中,U(m)为导线的原子间势能,i为常数,P可以表示原子间吸引能的大小;

将式(2)带入式(1)可得:

将式(3)两端对温度T求导,可得晶体受热膨胀后,原子间遵循式(5)所示规律m=m0(1+αT) (5)

其中m0为T=0时的原子间距,α为晶体的线膨胀系数,其微分定义式为,式中η为弹性模量ET的温度系数,将式(5)带入式(4)可得

将式(7)两端同时积分,可得

ET=E0(1‑(i+3)·α!T) (8)由式(4)、(6)可知

i+3=η/α

因此式(8)可写为

ET=E0(1‑ηT) (9)其中,E0表示T=0时的弹性模量,根据不同型号导线的材质,可通过查表得到η/α的值,以及线膨胀系数α的值。代入公式(9)即可得到温度为T时,导线的弹性模量;

步骤2,根据导线的结构参数、运行温度T和步骤1算出的ET,计算出导线在此温度下的长度LT;

步骤2具体方法为:

导线在静态情况下,几何形态可视为悬链线形态,当悬挂点高度相同时,按照公式(10)计算长度LT,当悬挂点高度不相同时,按照公式(11)计算长度LT上述公式(10)和(11)中,LT是导线长度,g是导线的比载,β是高差角,σT是温度为T时导线水平应力,L0表示T=0时的导线长度;

根据悬链线方程,为了计算方便,定义中间变量Q1,Q2令

当Q1=0时,可求得

‑1 2 0.5

当Q1≠0,Δ≥1时,设θ=ch Δ=ln[Δ+(Δ‑1) ],可求得,‑1

当Q1≠0,Δ<1时,设θ=cos Δ,可得,将σT带入式(10)(11)可以求出温度变化后的导线长度LT;

步骤3,根据导线结构参数、导线每一层的弹性模量计算导线在此温度下的刚度EI;

步骤3的具体方法为:

根据导线结构参数、导线每一层的弹性模量计算导线在此温度下的刚度EI,其中,Sn表示导线第n层上线股的截面积,En表示导线的第n层的弹性模量,按照步骤1中计算在温度T下的弹性模量ET的计算公式(9)计算得到;

Rn表示导线的第n层节层半径,Wn表示导线的第n层线股总数, 表示导线的第n层上的捻角,N是导线的总层数,μn表示第n层所对应的的泊松比;EξIξ表示芯线的刚度;

步骤4,通过导线结构参数、步骤2计算出的长度LT和步骤3计算出的刚度EI,计算出该温度下导线的固有频率ωnc;

步骤4中固有频率ωac的计算方法为:其中f是导线张力,k是单位长度质量,a表示第a阶;

步骤5,通过实时运行的输电导线加速度和风激励,利用现有的导线性能分析方法,判断导线的状态;

步骤5中判断的具体方法为,

通过实时运行的输电导线加速度和风激励,利用现有的导线性能分析方法,分析出导线此时的固有频率ωam,与步骤4中计算得到的导线固有频率比较,当 时,判定导线结构异常。