CN102818643A - 一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法，包括以下步骤：S1均匀安装至少4个环境温度传感器于高压输电线路导线横截面上的周围，所述各环境温度传感器与高压输电线路导线保持距离在10cm~15cm范围内；S2在所述的各环境温度传感器外罩上防辐射罩；S3所述的各环境温度传感器同时测量环境温度，比较各环境温度传感器测量结果的大小并选取最小者作为高压输电线路导线所在处的动态增容用环境温度测量值。本发明创造性地将多个环境测温装置安装于输电线路导线上并通过比较传感器输出求取最小值来获得环境温度测量值，不但与导线温度测量点同处一个环境，而且避开了导线温度的影响。

Description

一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法

技术领域

本发明涉及一种高压输电线路环境温度的测量方法，尤其是涉及一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的持续快速增长，用电量的持续增加，输电能力瓶颈问题非常突出，尤其是在经济发达地区，如华东地区的苏南、上海、浙江沿海地区。如何提高输电线路输送能力是摆在电力部门面前的一个必须解决的问题。目前，国内外对如何提高输电线路输送能力的研究较多，与提高输电线路电压等级、增加输电线路回数、采用新型耐热导线等措施相比，适当提高现有导线的输送容量是最为经济的方式，而且特别适用于用夏季电高峰时期的调峰以及设备检修状态下的应急。所谓动态增容，就是根据实际气象条件，挖掘导线潜力，提高输送功率。当导线的允许温度一定时，导线的载流容量受日照强度、风速大小和风速方向、导线本身的特性和导线所在处的环境温度等因素的影响。对于环境温度，以LGJ-400/35为例说明：导线温度70℃时，环境温度从20℃增加到40℃，导线载流量从大约520A减小到310A。可见环境温度是高压输电线路导线动态增容中一个重要的监测量。

目前国内外在实测环境温度（即输电线路所在处的环境温度）时主要采取了在变电站或杆塔上设置测温装置。而这两种方法均不能正确反映输电线路所在处的环境温度。首先，变电站远离输电线路，线路中由于地域的变化，天气也会发生变化，单单用变电站所处的环境温度代表全线各处的环境温度明显不妥。同理，设置在杆塔上的测温装置由于与线路所处地点不同也不能代表线路所在处的环境温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法，本发明可以准确测量线路所在处的环境温度。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法，包括以下步骤：

S1 均匀安装至少4个环境温度传感器于高压输电线路导线横截面上的周围，所述各环境温度传感器与高压输电线路导线保持距离在10cm~15cm范围内；

S2 在所述的各环境温度传感器外罩上防辐射罩；

S3 所述的各环境温度传感器同时测量环境温度，比较各环境温度传感器测量结果的大小并选取最小者作为高压输电线路导线所在处的动态增容用环境温度测量值。

所述各环境温度传感器的测量结果通过无线传输模块发回变电站。

所述的防辐射罩为轻型百叶箱。

本发明将环境温度传感器安装在输电线路导线横截面上的周围，而环境温度传感器与输电导线之间的距离非常重要，距离过小，则环境温度传感器处于输电导线的温度场之中，导线温度场对环境温度的测量结果影响过大；距离过大，则环境温度传感器所处位置的环境温度与输电导线所处的环境温度差异可能较大，所测到的环境温度与输电线路动态增容所需的输电导线所处环境温度差异过大。

为了确定传感器与导线间的距离，需要进行导线周围温度场的计算。由于架空线路直接暴露在空气中，它的散热主要以热对流和热辐射为主。由于自然条件下的风速较低(远低于音速)，故可将空气视为不可压缩、常物性流体，同时，可忽略粘性耗散产生的耗散热。因此架空输电导线导线的温度场问题可以简化为二维、稳态、无内热源的对流传热问题。本发明采用多物理场有限元软件COMSOL中的流体和传热模块进行耦合来计算不同风速下的温度场。几何模型如图1所示，几何体中圆形区域为导线，其他为空气，所设立的边界条件对导线周围空气的温度分布不产生影响，所以此可以满足大空间下的自然对流的条件。模型中输电导线外径取28mm，空气边界边长2m。导线温度为343K，环境温度293K。其中u₂，v₂为流体场对应的x、y轴流速。由于对称性，本文只研究水平方向，即x-流速。流体模块边界条件：导线边界流速为0，空气边界x轴方向流速为u，无穷远边界的风速不受导线的影响，为恒定值。仿真结果表明，在风力作用下，导线周围的热场偏向风向；风速越高，散热越快。例如附图2显示了风速为0.5m/s时导线周围的温度场，导线左侧（迎风侧）热场分布范围非常有限，距导线3cm处的温度已经非常接近环境温度；而导线右侧热场分布范围较广，距导线60cm处的温度才非常接近环境温度。附图3显示了风速为5m/s时导线周围的温度场，导线左侧（迎风侧）热场分布范围非常有限，距导线3mm处的温度已经非常接近环境温度；导线右侧热场也非常有限，距导线3cm处的温度已非常接近环境温度。附图4显示了不同风速下，沿导线x轴线温度的变化情况，在无风情况下，导线周围温度场均匀分布，距导线10cm处的温度达到305k，据导线15cm处的温度达到297k，与真正的环境温度293k相比误差分别是4.1%和1.4%。在有风的情况下，随风速的增大，x轴上的温度降为环境温度的位置与导线的距离呈现先增大后减小的趋势。

目前，一般情况下输电导线的最高允许温度是343k。因此，当要求环境温度测量误差为4.1%~1.4%时，在无风的情况下，环境温度传感器距离导线应在10cm~15cm。在有风的情况下，环境温度传感器只有安装在导线的迎风侧才能在保证测量准确度的条件下距导线最近。由于实际情况下，风速和风向均是未知的，因此，本发明提出在导线横截面上的周围均匀分布多个环境温度传感器的方法，其中必定有1只传感器处于导线的迎风侧，或者接近处于导线的迎风侧，从而它的测量结果比其他传感器的测量结果小，并且最接近真实的环境温度。

为了保证环境温度传感器本身的测量准确度，温度传感器应该采用气象部门常用的百叶窗，防止外来的热辐射、雨水等影响测量准确度。

因此，本项发明的具体内容是：一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法，其特征是在于多个环境温度传感器安装于输电导线横截面上的周围，并且与输电导线保持一定距离；同时使用这些环境温度传感器测量环境温度，通过比较这几个环境温度传感器测量结果的大小并选取最小者作为导线所在处的环境温度测量值，从而避开输电导线的温度场对环境温度测量结果的影响。环境温度传感器与输电导线之间的距离为10cm~15cm，使得输电导线的温度场对环境温度的影响小于4%~1.4%。环境温度传感器不少于四个，均匀分布在输电导线横截面上的周围，选用其中最小测量结果，则可以消除任何方向风力造成的变形了的输电导线温度场对环境温度测量结果的影响。环境温度传感器外罩采用防辐射罩（轻型百叶箱）。

本发明的优点在于：创造性地将多个环境测温装置安装于输电线路导线横截面上的周围并通过比较传感器输出求取最小值来获得环境温度测量值，不但与导线温度测量点同处一个环境，而且避开了导线温度的影响，这样可使得测量误差小于1.4％。

本发明不涉及现有技术的取能部分和无限通讯模块的具体设计。

附图说明

图1为仿真计算的几何模型；

图2为风速为0.5m/s时，导线横截面周围温度场示意图；

图3为风速为5m/s时，导线周围温度场示意图；

图4为不同风速下，沿导线x轴的温度分布；

图5为本发明的实施例的示意图。

具体实施方式

本发明的高压输电线路动态增容用环境温度测量方法实施例，包括以下步骤：

S1 均匀安装4个DS18B20环境温度传感器于输电导线横截面上的周围，各环境温度传感器与输电导线保持距离在10cm~15cm范围内；

S2 在所述的各环境温度传感器外罩上轻型百叶箱；

S3 各环境温度传感器同时测量环境温度，比较各环境温度传感器测量结果的大小并选取最小者作为高压输电线路导线所在处的环境温度测量值。

专用于本发明的一种装置的具体结构如附图5所示，测温装置由相同的环境温度传感器2-1、2-2、2-3、2-4和取能部分3、无线传输模块4组成。环境温度传感器由防止外来热辐射的百叶窗6和温度探头7组成。测温装置通过取能部分3固定在输电导线5上。取能部分3和无线传输模块4可采用现有技术，分别用于向测温装置提供电能、将测量结果传回变电站。

同时获取环境温度传感器2-1、2-2、2-3和2-4测量得到温度T₁、T₂、T₃、T₄，比较四者的数值，取最小者为导线所在处的环境温度值。

Claims (2)

1.一种高压输电线路导线动态增容用环境温度测量方法，包括以下步骤：

S1 均匀安装至少4个环境温度传感器于高压输电线路横截面上的周围，所述各环境温度传感器与高压输电线路保持距离在10cm~15cm范围内；

S2 在所述的各环境温度传感器外罩上防辐射罩；

S3 所述的各环境温度传感器同时测量环境温度，比较各环境温度传感器测量结果的大小并选取最小者作为高压输电线路所在处的动态增容用环境温度测量值。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路动态增容用环境温度测量方法，其特征是：所述各环境温度传感器的测量结果通过无线传输模块发回变电站，所述的防辐射罩为轻型百叶箱。

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