1.一种极端寒潮环境下输电线路杆塔安全状态评估方法,搭建了一个试验评估平台,所述的平台包括:上位机(1)、供电设备(2)、冰量调节器(3)、风机综合控制装置(4)、风机(5)、风向调节滤网(6)、制冰机一(7)、制冰机二(8)、制冰机三(9)、覆冰在线监测装置(10)、杆塔一(11)、耐张杆塔(12)、杆塔二(13)、冰机控制总线(14)、风速控制总线(15)、长档侧输电线路(16)、短档侧输电线路(17)、气候模拟试验箱(18)、轴向应力传感器(19)、位移传感器(20)、风速传感器(21)、覆冰测厚仪(22)、覆冰监测终端(23)、无线网络协调站(24)、中央处理站(25)、数据传输线(26)、数据总线(27)、监测装置电源接口(28);
所述冰量调节器(3)通过冰机控制总线(14)与制冰机一(7)、制冰机二(8)、制冰机三(9)相连;风机综合控制装置(4)通过风速控制总线(15)与风机(5)相连;
所述风机(5)、风向调节滤网(6)、制冰机一(7)、制冰机二(8)、制冰机三(9)、覆冰在线监测装置(10)、杆塔一(11)、耐张杆塔(12)、杆塔二(13)、长档侧输电线路(16)、短档侧输电线路(17)均设置在气候模拟试验箱(18)内部;
所述的覆冰在线监测装置(10)放置在耐张杆塔(12)的塔顶,覆冰在线监测装置(10)包括轴向应力传感器(19)、位移传感器(20)、风速传感器(21)、覆冰测厚仪(22)、覆冰监测终端(23)、无线网络协调站(24)、中央处理站(25)、数据传输线(26)、监测装置电源接口(28);
轴向应力传感器(19)、位移传感器(20)、风速传感器(21)、覆冰测厚仪(22)通过数据传输线(26)与覆冰监测终端(23)相连;覆冰监测终端(23)通过无线网络协调站(24)连接到中央处理站(25);覆冰在线监测装置(10)通过监测装置电源接口(28)与供电设备(2)相连;
所述的上位机(1)通过数据总线(27)与中央处理站(25)相连;上位机(1)通过无线网络与冰量调节器(3)、风机综合控制装置(4)相连;
所述的供电设备(2)与冰量调节器(3)、风机综合控制装置(4)、覆冰在线监测装置(10)中监测装置电源接口(28)相连;
第一步:基于所建试验平台,计算极端寒潮环境下耐张段直线杆塔塔头处的位移偏移风险参量:
S1:在上位机(1)中设定气候模拟试验箱(18)的风速为Vj、冰量为Hj,上位机(1)通过无线网络向风机综合控制装置(4)发出风速设定信号,风机综合控制装置(4)通过风速控制总线(15)控制风机(5)调节气候模拟试验箱(18)内的风速;上位机(1)通过无线网络向冰量调节器(3)发出制冰量设定信号,冰量调节器(3)通过冰机控制总线(14)控制制冰机一(7)、制冰机二(8)、制冰机三(9)调节气候模拟试验箱(18)内输电线路的覆冰厚度;覆冰在线监测装置(10)中的轴向应力传感器(19)、位移传感器(20)、风速传感器(21)分别测量耐张杆塔(12)塔头处的轴向应力Fi、位移量偏移量Si、风速Vi,覆冰测厚仪(22)测量长档侧输电线路(16)的覆冰厚度D1i与短档侧输电线路(17)覆冰厚度D2i,并通过数据传输线(26)将测量的Fi、Si、Vi、D1i、D2i数据传至覆冰监测终端(23),覆冰监测终端(23)通过无线网络将接受到的数据和状态信息发送至无线网络协调站(24),无线网络协调站(24)将接受到的数据进行处理后通过无线网络将数据发送至中央处理站(25);
S2:通过上位机(1)和风机综合控制装置(4)、冰量调节器(3)来设定气候模拟试验箱(18)内的风速、覆冰厚度,使得气候模拟试验箱(18)内的风速在0m/s—vm/s范围内,以1m/s为梯度进行试验,覆冰厚度在0mm—dmm范围内,以1mm为梯度进行试验,测定同一覆冰厚度不同风速下耐张杆塔(12)塔头处的位移偏移量以及同一风速不同覆冰厚度下耐张杆塔(12)塔头处的位移偏移量;
第二步:计算不同风速、长档侧输电线路覆冰厚度以及短档侧输电线路覆冰厚度下的耐张杆塔(12)塔头处的位移偏移风险参量基础值:式(1)中,λS为不同风速V、长档侧覆冰厚度D1、短档侧覆冰厚度D2下耐张杆塔塔头处的节点位移偏移风险参量基准值,V为风速,V的单位为m/s,D1为长档侧覆冰厚度,D1的单位为mm,D2为短档侧覆冰厚度,D2的单位为mm,S为位移偏移量,S的单位为mm,ε为误差系数,y为积分变量;
第三步:进行耐张段直线杆塔塔头处的位移偏移风险参量优化,得到使耐张段直线杆塔塔头处的位移偏移风险参量理论基准和监测实际值误差最小的ε值,具体步骤为:
1)随机生成初始解ε,计算目标函数f(ε):
式中,f(ε)表示目标函数,λSi为第i组风速、覆冰厚度下耐张杆塔塔头处的位移偏移风险参量基准值,λTi为第i组风速、覆冰厚度下耐张段直线杆塔塔头处的位移偏移风险参量实测值,n为实测值数据组数;
2)产生扰动新解ε',计算目标函数Δf=f(ε)‑f(ε');若Δf≥0,则接受新解,否则,按概率接受准则获得新解;
3)判断是否达到迭代次数,若达到转到第四步,否则,转到第二步;
4)判断是否满足终止条件,若满足则运算结束,返回最优解,否则重置迭代次数转到第二步;
5)将S5中得出的ε0带入公式(1)得到优化后的计算公式:
式(3)中λSo为优化后的节点位移偏移风险参量,V为风速,D1为长档侧输电线路覆冰厚度,D2为短档侧输电线路覆冰厚度,S为位移偏移量;
第四步:计算不同风速、长档侧输电线路覆冰厚度以及短档侧输电线路覆冰厚度下的耐张段直线杆塔轴向应力失效因子:式(4)中,λFo为不同风速V、长档侧覆冰厚度D1、短档侧覆冰厚度D2、轴向应力F下耐张段直线杆塔轴向应力失效因子,V为风速,V的单位为m/s,D1为长档侧覆冰厚度,D1的单位为mm,D2为短档侧覆冰厚度,D2的单位为mm,F为轴向应力,F的单位为Mpa;
第五步:计算覆冰影响下输电线路铁塔的运行风险评估综合因子λ:
式(5)中α1、α2为权重因子且满足α1+α2=1;
基于上述步骤得到的极端寒潮环境下输电线路杆塔的运行风险评估综合因子λ进行评估,当λ∈[3.5,+∞)时,认为杆塔运行状态安全;当λ∈[2,3.5)时,认为杆塔运行状态一般,应加强关注;当λ∈[0,2)时,表明杆塔运行危险,为保证杆塔运行安全,应采取加固措施。