CN102589992A - 一种钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，其特征是基于实验室的钢芯铝绞架空导线微动模拟试验及累计损伤准则，预测在微风振动条件下服役钢芯铝绞架空导线的剩余寿命Nr。本发明方法对于提高供电单位输电线路安全管理水平，增加电网运行可靠性具有重要意义。

Description

一种钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法

技术领域

本发明涉及钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，用于预测微风振动条件下钢芯铝绞架空导线的剩余寿命。

背景技术

高压输电线路由架空导线、绝缘子、金具、杆塔、基础和接地装置等部件组成。架空导线是高压输电线路的主体，目前，我国高压输配电网架空导线主要是钢芯铝绞导线。架空导线长期运行在野外，在受到风的激励时，易产生振动。研究发现导线一直处于微风振动状况：振动频率10-40Hz、振幅几厘米，微风振动幅度虽小，但在轴向拉力和弯曲作用下，使导线与线夹之间、导线内外层铝线之间产生局部的微小滑移，导致各接触面发生微动损伤，致使导线强度降低；甚至发生断股、断线，影响到架空导线的安全性和服役寿命，严重者还会造成重大安全事故和巨大经济损失。

作为老旧服役导线的运行安全评价的重要内容之一，开展微风振动下架空导线的运行状态评估及其剩余寿命预测有利于加强对架空导线运行的管理，保障供电安全。目前，国内外已经有许多学者对导线的微动损伤进行了系统研究，提出了实验室模拟导线微动损伤的基本方法和相关设备，也有对服役导线进行失效分析研究的相关报道，但是还没有提出一种可用于用于微风振动条件下架空导线运行状态评估及剩余寿命预测的方法。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种在微风振动条件下，钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，通过对钢芯铝绞架空导线微风振动运行条件进行实验模拟，并进行铝单股线抗拉强度的测定，建立微风振动条件下架空导线的铝股线的抗拉强度与微动次数的关系模型，依据关系模型计算出与服役导线铝股线的抗拉强度相对应的当前微动次数，根据累计损失准则对微风振动条件下服役钢芯铝绞架空导线的剩余寿命进行预测。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法的特点是按如下步骤进行：

a、取与待预测导线同型号的未曾投入使用的新导线，对所述新导线进行微动模拟实验，获得所述新导线在相同的微动频率、微动振幅和导线轴向载荷之下，对应于不同微动次数X的铝股线的抗拉强度Y；设定：当导线发生一根股线断裂时为失效状态，并记录此时的微动次数Xt为导线的极限寿命微动次数；

b、建立微动次数X与抗拉强度Y的关系模型：

Y＝f(X)    (1)

c、按如下方式预测服役导线剩余寿命：

测定已服役a年的待预测导线中铝股线的当前抗拉强度Ya，

依据式(1)表达的关系模型，确定与当前抗拉强度Ya相对应的导线当前微动次数X’；

根据式(2)所表达的累计损伤准则，计算获得新导线预期极限寿命N：

$\frac{a}{N}+\frac{X^{\′}}{\mathrm{Xt}}=1---\left(2\right)$

从而确定服役导线的剩余寿命Nr为：N-a。

本发明钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法的特点也在于：

所述铝股线的抗拉强度是指导线中所有单根股线抗拉强度的平均值。

设定所述微动频率为10Hz，微动振幅为1.0mm，导线轴向载荷为导线额定抗拉强度的25％。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明基于实验室的钢芯铝绞架空导线微动模拟试验及累计损伤准则，提出了一种简单、可行的在微风振动条件下钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，对于提高供电单位输电线路安全管理水平，增加电网运行可靠性具有重要意义。

2、本发明基于实验室的钢芯铝绞架空导线微动模拟试验及累计损伤准则预测服役钢芯铝绞架空导线剩余寿命，这种方法还可应用于预测其他类型架空导线如铝绞线、铝合金绞线、钢芯铝合金绞线等在微风振动条件下的剩余寿命。

附图说明

图1为本发明具体实施例中导线微动模拟实验中抗拉强度与微动次数的关系曲线。

具体实施方式

具体实施中，采用公开号为CN 101017715A所公开的导线微动模拟实验装置。

以某地服役45年的LJ/G1A-150/20型钢芯铝绞架空导线为例，对钢芯铝绞架空导线剩余寿命的预测按如下过程进行：

1、取同型号的未曾投入使用的新导线，对新导线在多参数可调式微动实验装置上进行微动模拟实验，获得新导线在相同的微动频率、微动振幅和导线轴向载荷之下，对应于不同微动次数X的铝股线的抗拉强度Y；设定微动频率为10Hz，微动振幅为1.0mm，导线轴向载荷为导线额定抗拉强度的25％；测定当发生一根股线断裂时的微动次数为1.6×10⁷，也即导线极限寿命微动次数Xt是为1.6×10⁷；

2、建立微动次数X与抗拉强度Y的关系曲线如图1所示

根据线性回归及指数回归两种数据处理方法，得到新导线的微动次数X与铝股线的抗拉强度Y的关系模型为：

线性回归：Y＝183.8-4.5×10^-6X    (1)

指数回归：Y＝exp(5.22-2.7×10^-8X)    (2)

图1中曲线1对应于线性回归模型，如(1)式所示，曲线2对应于指数回归模型，如(2)式所示。

3、按如下方式评估服役导线运行状态并预测其剩余寿命：

测定已服役45年的待预测导线中铝股线的当前抗拉强度Ya为167MPa；

依据式(1)和式(2)所表达的关系模型，确定与当前抗拉强度Ya相对应的导线当前微动次数X’：

线性回归： $X^{\′}=\frac{183.8-\mathrm{Ya}}{4.5\×{10}^{-6}}=3.73\×{10}^6---\left(3\right)$

指数回归： $X^{\′}=\frac{5.22-\ln \mathrm{Ya}}{2.7\×{10}^{-8}}=3.78\×{10}^6---\left(4\right)$

计算结果如图1所示。

根据式(5)所表达的累计损伤准则，计算获得新导线预期极限寿命N：

$\frac{a}{N}+\frac{X^{\′}}{\mathrm{Xt}}=1---\left(5\right)$

将线性回归所得服役导线当前抗拉强度对应的当前微动次数X’带入(5)式，计算得到导线预期极限寿命N为56.1年；

将指数回归所得服役导线当前抗拉强度对应的当前微动次数X’带入(5)式，计算得到导线预期极限寿命N为56.3年；

结果显示：对于LJ/G1A-150/20型钢芯铝绞架空导线，两种数据处理方法差异不大。

从而确定该服役导线的剩余寿命Nr为11年。

Claims (3)

1.一种钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，其特征是按如下步骤进行：

a、取与待预测导线同型号的未曾投入使用的新导线，对所述新导线进行微动模拟实验，获得所述新导线在相同的微动频率、微动振幅和导线轴向载荷之下，对应于不同微动次数X的铝股线的抗拉强度Y，直至导线发生一根股线断裂；设定当导线发生一根股线断裂时为失效状态，并记录此时的微动次数Xt为导线的极限寿命微动次数；

b、建立微动次数X与抗拉强度Y的关系模型：

Y＝f(X)    (1)

c、按如下方式预测服役导线剩余寿命：

测定已服役a年的待预测导线中铝股线的当前抗拉强度Ya，依据式(1)表达的关系模型，确定与当前抗拉强度Ya相对应的导线当前微动次数X’；

根据式(2)所表达的累计损伤准则，计算获得新导线预期极限寿命N：

$\frac{a}{N}+\frac{X^{\′}}{\mathrm{Xt}}=1---\left(2\right)$

从而确定服役导线的剩余寿命Nr为：N-a。

2.根据权利要求1所述的钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，其特征是所述铝股线的抗拉强度是指导线中所有单根股线抗拉强度的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的钢芯铝绞架空导线剩余寿命预测方法，其特征是设定所述微动频率为10Hz，微动振幅为1.0mm，导线轴向载荷为导线额定抗拉强度的25％。