(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210817078.7 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国电力工程顾问集团华 东电力设 计院有限公司 地址 200333 上海市普陀区固川路16 6弄天 悦中心1号楼 (72)发明人 温作铭　薛春林　杨光耀　康晓娟　 张新奇　方波　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 吴思高 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/16(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大跨越架空输电导线铝部应力计算方 法 (57)摘要 一种大跨越架空输电导线铝部应力求解方 法， 该方法利用对各层铝 股应力的计算式代替所 有层铝股应力的平均值， 通过建立导线各层股丝 的应变ξi求解精确 表达式和已知固定端股丝单 位长度扭转应变ηi的约束方程， 求解各层铝股 的应变。 本发明不仅考虑了架空输电导线张力T、 温度t、 钢股丝和铝股丝弹性模量E钢、 E铝、 股丝截 面面积A钢、 A铝等， 另外还考虑了泊松比v效应和各 层股丝捻角αi的差异。 相比于目前的铝部应力 简化计算方法， 本发明在已知导线运行张力、 各 层股丝捻角、 泊松比、 弹性模量、 股丝直径、 线膨 胀系数以及温度差等条件下， 能够准确的计算大 跨越输电导线各层铝股应力， 该方法对实际工程 具有较大的应用价 值。 权利要求书1页 说明书9页 附图4页 CN 115391979 A 2022.11.25 CN 115391979 A 1.一种大跨越架空输电导线铝部应力计算方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤1： 建立输电导线在导线张力作用下的应 变求解表达式： 式中， T导为导线运行张力， E综为导线综合弹性模 量， A总为导线截 面面积， ξ1为中心层 股丝 轴向应变量； 步骤2： 建立输电导线各层 铝股应变的计算方程组： 式(25)中， ε为导线的轴向应变量， t为使用温度与制造温度的温差， ρ1为导线的中心层 股丝弹性模量， ξi为各层股丝的轴向应变量， Δαi为捻角的变化量， ρi为第i层股丝的线膨胀 系数； ηi表示各层股丝的扭转应变， Ri为节圆半径， Γ为导线的扭转率； αi第i层股丝捻角； Δ Ri为泊松比引起的导线直径变化 值； 步骤3： 令式(25)中， i＝1～n， n表示导线股丝层 数， 通过计算分别求得各层股丝的轴向 应变量ξi， 捻角的变化 量Δαi； 步骤4： 逐层迭代计算， 直至计算出所有层铝股轴向应变量ξi， 并将ξi代入式(27)， 求解 各层铝股应力： σi＝Eaξi    (27)； 式(27)中： Ea是铝合金股丝弹性模量； ξi为第i层股丝的轴向应变量； σi是所求铝股层应 力。 2.根据权利要求1所述一种大跨越架 空输电导线铝部应力计算方法， 其特征在于： 通过 控制节径比取值 来控制捻角变化： 式中： σa为铝合金股丝的轴向应力， 单位： MPa； T为导线张力， 单位： N； αa为铝合金股丝线 膨胀系数， 单位： 1/℃； αS为钢股丝线膨胀系数， 单位： 1/℃； t为使用温度与制造温度的温 差， 单位： ℃； As为钢股丝总面积， 单位： mm2； Aa为铝股丝总面积， 单位： mm2； Es为钢芯弹性模 量， 单位： MPa； Ea为铝合金弹性模量， 单位： MPa。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115391979 A 2一种大跨越架空输电导线铝部应力计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及大跨越输电线路工程设计技术领域， 具体涉及一种大跨越架空输电导 线铝部应力计算方法。 背景技术 [0002]在以往常规大跨越设计时一般不考虑每层铝股应力的变化或作简易的估算， 但 当 铝部应力成为发挥导线机械性能的控制性因素后， 较为准确的计算铝部应力成为必 然的需 求， 在此背 景下， 对大跨越用钢芯铝合金导线的铝部应力进 行研究是非常有必 要的， 对大跨 越输电导线的设计与使用具有重要的意 义。 [0003]目前通常采用铝部应力简易公式计算大跨越输电导线铝部应力， 仅需知道导线运 行张力、 铝与钢的弹性模量、 以及铝股与钢股的截面面积等， 便可求解得到导线的铝部应 力， 计算过程比较简便， 但简易计算公式未考虑股丝捻角、 泊松比的影响， 并且认为导线各 层铝股应力大小相等， 不考虑铝股在导线横截面上 的螺旋分层结构， 导致运行张力作用下 导线铝股应力计算 误差较大。 发明内容 [0004]为解决上述技术问题， 本发明提供一种大跨越架空输电导线铝部应力计算方法， 该方法除现有的铝部应力简易计算方法包含的因素外， 还考虑了导线的螺旋分层结构、 各 层股丝的捻角以及 泊松比的影响； 具有计算 误差小， 精度较高等特点。 [0005]本发明采取的技 术方案为： [0006]一种大跨越架空输电导线铝部应力计算方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1： 建立输电导线在导线张力作用下的应 变求解表达式： [0008] [0009]式中， T导为导线运行张力， E综为导线综合弹性模量， A总为导线截面面积， ξ1为中心 层股丝轴向应 变量； [0010]步骤2： 建立输电导线各层 铝股应变的计算方程组： [0011] [0012]式(25)中， ε为导线的轴向应变量， t为使用温度与制造温度的温差， ρ1为导线的中 心层股丝弹性模量， ξi为各层股丝的轴向应变量， Δαi为捻角的变化量， ρi为第i层股丝的线 膨胀系数； ηi表示各层股丝的扭转应变， Ri为节圆半径， Γ为导线的扭转率； αi第i层股丝捻 角； ΔRi为泊松比引起的导线直径变化 值。 [0013]步骤3： 令式(25)中， i＝1～n， n表示导线股丝层数， 通过计算分别求得各层股丝的 轴向应变量ξi， 捻角的变化 量Δαi； 捻角的变化 量Δαi根据公式(25)迭代求 解。 [0014]步骤4： 逐层迭代计算， 直至计算出所有层铝股轴向应变量ξi， 并将ξi代入式(27)，说　明　书 1/9 页 3 CN 115391979 A 3