(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 202210743242.4 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 中国电建集团福建省电力勘测设计 院有限公司 地址 350003 福建省福州市 鼓楼区五四路 268号 (72)发明人 秦纪宾　吴聂根　林径　 (74)专利代理 机构 福州科扬专利事务所(普通 合伙) 35001 专利代理师 张红艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法及系 统 (57)摘要 本发明涉及一种三阶梯形复合绝缘子的设 计方法， 包括以下步骤： 输入设计数据， 包括一阶 芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺 寸数据以及若干 作业工况设计高度下的最大风速； 对于任一作业 工况， 利用输入的设计数据， 计算绝缘子本体受 风面积及所受风力； 根据绝缘子本体所受风力以 及耐张塔跳线串的跳线数据， 计算跳线对绝缘子 末端施加的等效合力； 根据一阶芯棒、 二阶芯棒 和三阶芯棒的尺寸数据， 计算绝缘子的等效截面 惯性矩； 根据跳线对绝缘子末端施加的等效合力 以及绝缘子的等效截面惯性矩， 计算绝缘子端部 的挠度； 根据各作业工况下绝缘子端部的挠度， 验证是否符合电气要求， 若满足则输出设计数 据， 若不满足则调整设计数据并重复上述 步骤。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 115099098 A 2022.09.23 CN 115099098 A 1.一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法， 所述三阶梯形复合绝缘子包括连续设置且直 径从大到小的一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒， 且一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的材质相 同， 其特征在于， 所述设计方法包括以下步骤： 输入设计数据， 包括一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据以及若干作业工况下 耐张塔跳线 串设计高度下的最大风速； 对于任一作业工况， 利用输入的所述设计数据， 计算 绝缘子本体受风 面积及所受风力； 根据绝缘子本体所受风力以及耐张塔跳线串的跳线数据， 计算跳线对绝缘子末端施加 的等效合力； 根据一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据， 计算 绝缘子的等效截面惯性矩； 根据跳线对绝缘子末端施加的等效合力以及绝缘子的等效截面惯性矩， 计算绝缘子端 部的挠度； 根据各作业工况下绝缘子端部的挠度， 查询电气工程要求并判断是否符合电气要求， 若满足则输出当前一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据， 若不满足则调整一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据并重复上述 步骤。 2.根据权利要求1所述的一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法， 其特征在于， 所述利用 输入的所述设计数据， 计算 绝缘子本体受风 面积及所受风力的方法具体为： 采用如下公式计算 绝缘子本体受风 面积及所受风力： 式中， A为绝缘子本体受风面积， a、 b、 c分别为一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的长度， T、 R、 K分别为一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的直径， P为绝缘子本体所受风力， v为对应作 业工况下耐张塔跳线 串设计高度下的最大风速 。 3.根据权利要求2所述的一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法， 其特征在于， 所述根据 绝缘子本体所 受风力以及耐张塔跳线串的跳线 数据， 计算跳线对绝缘子末端施加的等效合 力的方法具体为： 采用如下公式计算跳线对绝 缘子末端施加的等效合力： 式中， n为跳线分裂数， Acdr、 Lcdr、 Dcdr分别为跳线的风压面积、 单根跳线长度及跳线外 径， x为近似复合绝缘子自身所受风荷载对应的等 效形心位置， W为软跳线拉力， W0为一相跳 线安装张力， g1、 g6分别为导线单位自重荷载和最大风时综合荷载， F为跳线对绝缘子末端施 加的等效合力， L ＝a+b+c， θ 为跳线 串两侧的软跳线形成的角度。 4.根据权利要求3所述的一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法， 其特征在于， 所述根据 一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据， 计算 绝缘子的等效截面惯性矩的方法具体为： 采用如下公式计算 绝缘子的等效截面惯性矩：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115099098 A 2式中， u0、 u1、 u2、 m1和m2均为比例系数， s为计算值， ε为预设 的常数， π为圆周率， I为绝缘 子的等效截面惯性矩。 5.根据权利要求4所述的一种三阶梯形复合绝缘子的设计方法， 其特征在于， 所述计算 绝缘子端部的挠度的方法具体为： 采用如下公式计算 绝缘子端部的挠度： 式中， B为等效荷载作用下的刚度， E为复合绝缘子抗弯弹性系数， y为绝缘子端部的挠 度。 6.一种三阶梯形复合绝缘子的设计系统， 所述三阶梯形复合绝缘子包括连续设置且直 径从大到小的一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒， 且一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的材质相 同， 其特征在于， 所述设计系统包括： 数据输入模块， 用于输入设计数据， 包括一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据以 及若干作业工况 下耐张塔跳线 串设计高度下的最大风速； 受风面积及风力计算模块， 用于对于任一作业工况， 利用输入的所述设计数据， 计算绝 缘子本体受风 面积及所受风力； 等效合力计算模块， 用于根据绝缘子本体所受风力以及耐张塔跳线串的跳线数据， 计 算跳线对绝 缘子末端施加的等效合力； 截面惯性矩计算模块， 用于根据一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据， 计算绝缘 子的等效截面惯性矩； 挠度计算模块， 根据跳线对绝缘子末端施加的等效合力以及绝缘子的等效截面惯性 矩， 计算绝缘子端部的挠度； 验证模块， 用于根据各作业工况下绝缘子端部的挠度， 查询电气工程要求并判断是否 符合电气要求， 若满足则输出当前一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据， 若不满足则 调整一阶芯棒、 二阶芯棒和三阶芯棒的尺寸数据并返回重新计算各作业工况下绝缘子端部 的挠度。 7.根据权利要求6所述的一种三阶梯形复合绝缘子的设计系统， 其特征在于， 所述受风 面积及风力计算模块计算 绝缘子本体受风 面积及所受风力的方法具体为： 采用如下公式计算 绝缘子本体受风 面积及所受风力：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115099098 A 3