一种基于三维导地线模型模拟现实情景的方法

摘要

本发明涉及一种基于三维导地线模型模拟现实情景的方法，包括以下步骤：1)利用悬链线方程在三维空间建立线缆的模型；2)使用物理方法建立贴近现实的导地线模型；3)求解现实情景下导地线模型的静态解；本发明方法具有展示三维效果、更加贴近现实、能够对模型进行受力计算和空间位置分析、模拟线缆在覆冰等各类气象条件下的真实空间位置情况、模拟多跳线和脱冰跳跃等情景以及有助于风偏时安全距离的计算等优点，可广泛用于输电线路的模拟。

主权项

一种基于三维导地线模型模拟现实情景的方法，包括以下步骤：1)利用悬链线方程在三维空间建立线缆的模型：$\mathrm{pt}={\mathrm{pt}}_0+x·\mathrm{vtX}+(y_0+\frac{\cosh (\gamma /{\sigma }_0(x-x_0))-1}{\gamma /{\sigma }_0})·\mathrm{vtZ}---\left(1\right)$式中，pt是线缆上任一点的空间坐标；pt₀是悬链线坐标系原点的空间坐标；x₀、y₀是线缆最低点的坐标值，单位是m；x、y是线缆任意一点坐标值，单位是m；γ是线缆所受比载的大小，单位是N/m·mm²；σ₀是线缆最低点应力大小，单位是N/mm²；vtX、vtZ分别是X、Z轴的向量；2)使用物理方法建立贴近现实的导地线模型导地线模型指的是线缆和绝缘子串一体化的模型；假设绝缘子串为刚性直棒结构，且在铁塔上的挂点固定不动，绝缘子串在线缆拉力、自重力、冰重力和风力等的作用下在静态时达到杠杆平衡；假设自重力、冰重力和风力作用在绝缘子串中心、线缆拉力作用在绝缘子串下端，那么绝缘子串达到杠杆平衡时，合作用力向量与绝缘子串方向平行；绝缘子串合作用力模型为：绝缘子串合作用力＝线缆拉力+(自重力+冰重力+风力)/2   (2)绝缘子串方向的模型为：绝缘子串方向＝绝缘子串下端点位置‑绝缘子串上端点位置   (3)绝缘子串上端点的位置为绝缘子串在铁塔上的挂点，绝缘子串下端点的位置根据所述步骤1)的公式1)获得；3)求解现实情景下导地线模型的静态解根据所述步骤2)可知第j次计算第i个绝缘子串达到杠杆平衡时合作用力向量vtF_i^j为：${{\mathrm{vtF}}_i}^j=\frac{{\mathrm{vtC}}_i}{2}+{\mathrm{vtS}}_i^j+{\mathrm{vtB}}_{i-1}^j---\left(4\right)$式中，vtC_i为第i段线缆所受自重力、冰重力和风力的合力向量，单位是N；分别为第j次计算第i段线缆两端挂点的拉力向量，单位是N；根据所述步骤2)可知第j次计算第i个绝缘子串方向向量为：${\mathrm{vtI}}_i^j={\mathrm{ptD}}_i^j-{\mathrm{ptU}}_i---\left(5\right)$为第j次计算第i个绝缘子串下端点的坐标；ptU_i为第j次计算第i个绝缘子串上端点的坐标；根据式所述式(4)和式(5)计算所有绝缘子串对应的合作用力向量和绝缘子串方向向量，进而计算各绝缘子串合作用力向量vtF与绝缘子串方向向量vtI的夹角，获取夹角最大的绝缘子串；将最大夹角与预设值相比较，若最大夹角小于预设值，则认为导地线模型达到平衡状态，否则调整第i个绝缘子串下端点的位置，进行第j+1次计算，直到导地线模型达到平衡状态。