CN102830314B - 架空导线载流量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种架空导线载流量检测方法，包括以下步骤：对待测架空导线的导线温度、环境温度进行检测，获得至少两组导线温度值、环境温度值；根据所述导线温度值、环境温度值以及所述待测架空导线的电流值，计算导线电流与导线温升的函数关系式；根据所述函数关系式计算出被测架空导线在设定温度下的最大载流量。本发明的技术，需要检测的数据和设备少、数据运算过程简单，结果可靠性高，在保证检测精度的同时极大地降低检测成本，可以在负荷高峰期快速简单地检测出导线最大载流量，减少不必要的停电，提高架空导线的输电能力，特别是对于低压的配电网，具有普遍推广使用的重要意义。

Description

架空导线载流量检测方法

技术领域

本发明涉及导线载流量检测技术，特别是涉及一种架空导线载流量检测方法。

背景技术

目前，我国输电线路的最大允许载流量往往是静态条件下确定的具有足够甚至过度安全裕度的极限值。这种极限值是保守地基于最恶劣气象条件（如晴天高温、无风等)，为维持线路对地安全距离而得出的。大部分国家按所处自然环境不同取用了不同的边界条件，其中我国所规定的边界条件最苛刻，因而无法充分发挥架空导线输电能力。

现有增加架空导线输电能力的技术，主要有动态增容技术，在不突破技术规程规定条件下，对导线各种状态量和气象条件进行实时监测，再根据实时监测数据来计算导线最大允许载流量，这种技术的精确度虽然较高，但需要大量的在线监测设备与通信设备，监测和数据处理过程复杂，这些设备的可靠性要求高，导致设备成本高，同时，对于数量巨大的配电网架空线路来说，要配置这些设备，需要极大的成本投入，特别是对于低压的配电网架空线路来说，只需要估算出其最大允许电流，而不必进行精确检测，采用上述现有技术，则会导致资源浪费。

发明内容

基于此，有必要针对上述现有技术设备成本高、资源浪费的问题，提供一种架空导线载流量检测方法。

一种架空导线载流量检测方法，包括如下步骤：

对待测架空导线的导线温度、环境温度进行检测，获得至少两组导线温度值、环境温度值；

根据所述导线温度值、环境温度值以及所述待测架空导线的电流值，计算导线电流与导线温升的函数关系式；

根据所述函数关系式计算出被测架空导线在设定温度下的最大载流量。

上述架空导线载流量检测方法，通过检测架空导线的导线温度、环境温度，根据架空导线与周围环境的热交换过程，推导出导线电流与导线温升的函数关系式，根据该函数关系式计算出在设定温度下的最大载流量，需要检测的数据和设备少、数据运算过程简单，结果可靠性高，在保证检测精度的同时极大地降低检测成本，可以在负荷高峰期快速简单地检测出导线最大载流量，减少不必要的停电，提高架空导线的输电能力，特别是对于低压的配电网，具有普遍推广使用的重要意义。

附图说明

图1为一个实施例的架空导线载流量检测方法流程图；

图2为一个实施例中用于验证的实验装置结构示意图；

图3为一个无日照实施例中实验加载电流示意图；

图4为室内无日照稳定条件下的导线电流平方与导线温升的拟合函数曲线图；

图5为有较强日照条件下一个实例电流的加载方式；

图6为有较强日照条件下一个实例导线温度以及环境温度的变化规律示意图；

图7为有较强日照条件下一个实例日照强度变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的架空导线载流量检测方法的具体实施方式作详细描述。

图1示出了一个实施例的架空导线载流量检测方法流程图，主要包括如下步骤：

S100，对待测架空导线的导线温度、环境温度进行检测，获得至少两组导线温度值、环境温度值；

S200，根据所述导线温度值、环境温度值以及所述待测架空导线的电流值，计算导线电流与导线温升的函数关系式；

S300，根据所述函数关系式计算出被测架空导线在设定温度下的最大载流量。

为了更加清晰本发明的技术方案，下面阐述架空导线载流量检测方法实施过程中的较佳实施例。

对于步骤S100，作为一个实施例，具体地，在待测架空导线加载电流中，获得至少两组对应的导线温度值、环境温度值。

其中，在应用中导线温度和环境温度可以由巡线人员通过离线方式进行检测，或利用热电偶进行实时检测，时间间隔可以设置较短时间内，具体是实际架空线路情况而定。

对于步骤S200，作为一个实施例，主要包括如下：

首先根据所述检测获得的导线温度值、环境温度值计算所述待测架空导线的导线温升：

θ=θ_c-θ_e    （1）

式中，θ为导线温升，θ_c为导线温度值，θ_e为环境温度值。

然后根据所述导线温升和热平衡方程式获得函数关系式：

I²R_C＝W_R-W_S+hθ    （2）

式中，I为架空导线的电流值（A），R_C为架空导线的交流电阻（Ω/m），W_R为单位长度架空导线的辐射散热功率（W/m），h为架空导线对流换热系数，W_S为单位长度架空导线的日照吸热功率（W/m）。

由于架空导线时刻与外界环境发生热交换，架空导线基本稳定时整个系统的热量达到稳态，上述电流与导线温升算式描述了待测推导架空导线在当前环境中与外界环境的热交换情况。

对于架空导线来说，其总散热中80%-90%为对流散热，其中，架空导线对流换热系数h的取值与环境各种因素相关，在特定条件下环境的风速、风向、湿度等条件整体上可认为变动不大，对于选定的架空线路，在设定时间范围内h可当作常数。

作为一个实施例，所述架空导线对流换热系数：

h＝0.57πλ_fRe^0.485

λ_f＝2.42×10^-2+7（θe+θ/2）×10^-5    （3）

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{VD}}{1.32\×{10}^{-5}+9.6\×({\mathrm{\θ}}_e+\mathrm{\θ}/2)}$

式中，λ_f为架空导线表面空气层的传热系数，V为气象站实时监测的风速，D为架空导线的外径。

作为一个实施例，所述单位长度架空导线的日照吸热功率：

W_S=α_sJ_sD    （4）

式中，α_s为架空导线表面的吸热系数，J_s为日光对架空导线的日照强度，D为架空导线的外径。

由于架空导线吸热系数是固定的，且在较短时间内日照强度变化较小，同时架空导线吸热量与导线温度无关，从而W_S在较短时间范围内变动不大，即在较短时间内架空导线日照吸热量可认为不变的。

作为一个实施例，所述单位长度架空导线的辐射散热功率：

W_R＝πDE₁S₁[(θ+θ_e+273)⁴-(θ_e+273)⁴]    （5）

式中，D为架空导线的外径，E₁为架空导线表面的辐射散热系数，S₁斯特凡·波尔茨曼常数，随着温升的增大辐射散热功率W_R逐渐增大。

通过上述公式（1）~公式（5）建立的函数关系式，根据计算的多组导体温升数据以及在电力调度中心测定的电流值，对于在当前环境中的各项受环境影响的参数进行校正，获得在当前环境中更为准确的参数，然后在步骤S300中，利用该函数关系式即可计算出被测架空导线在设定温度下的最大载流量

另外，考虑到架空导线的辐射散热量仅占总散热量较小的一部分，同时，日照吸热功率在较短时间范围内平均值变动不大，辐射散热量随着导线温度的升高逐渐升高，同时交流电阻R_C随着导线温度的升高而升高，所以在忽略部分产热的同时可以忽略部分辐射散热，可以进一步地实现计算过程的简单化，所以得到一种形式的架空导线电流值与导线温升的函数关系式：

I²＝a+bθ    （6）

式中，a、b为常系数，a与架空导线表面的吸热系数与散热系数相关，b与架空导线对流换热系数相关，a、b分别为在待测架空导线在当前环境条件下，在忽略导线温度升高交流电阻以及辐射散热的变化量时的等效常系数，从而架空导线的电流值平方与导线温升近似成一次函数关系。

下面通过一个实施例验证其公式（6）的准确性，如图2所示，用于验证的实验装置主要由五部分构成：无功补偿电容、调压器、升流器、试验线路（型号为LGJ-240/30）、自动气象站；在室外、室内装设有导线温度与导线环境温度监测点；其中LGJ-240/30实验导线的基本参数如表1所示，其额定电流为445A。

表1LJG-240/30导线基本参数：

为了充分验证导线温度加载一定电流后的变化规律，更准确确定导线在不同状态下的稳定温度，实验中利用热电偶实时监测导线温度值θ_c，环境温度值θ_e，自动气象站实时监测太阳辐射等局部气象信息。

先在环境条件稳定的室内条件下，室内环境温度变化小于2°C，每60min增加电流40A，待导线温度稳定后，可分别测定每个状态下导线温升以及所加载电流值平方，加载电流方式如附图3所示，所测得室内无日照稳定条件下导线电流平方与导线温升的拟合函数曲线，如图4所示，，所测数据通过线性拟合得到如下：

I²＝5712.3θ+10.36    （7）

由图4拟合函数曲线可知，两者的线性相关系数达0.99，与建立的理论模型公式（8）的线性函数形式完全一致。

为进一步验证在有夏季有较强日照条件下该理论模型的正确性，导线加载电流方式，如图5所示，实验时间长度为3h，有较强日照条件下实验阶段的日照强度情况，如图7所示，通过图7可知，在较短时间范围内（3h）日照辐射整体趋势变化不大。同时，通过实时监测的加载三次阶跃电流下的导线温度以及环境温度的变化规律，如图6所示，环境温度在3h内变化范围也很小，这与所建立理论模型公式（6）的线性函数一致。

通过图6所测得的在前两次阶跃电流下导线温度及电流值，变可建立相对应的电流平方与导线温升的函数关系如下：

I²＝8864.3θ-124421    （8）

由比公式（7）与公式（8）可知，在任何环境条件下，公式（6）的理论模型具有较高的准确性，但在不同的环境中，a、b值不相同，所以通过检测不同环境下的导线温度和环境温度，即可计算出公式（6）中的a、b值。

当导线温度达到74°C，即导线温升为41°C时，根据公式（6）计算出导线的最大载流量为498A，略大于实际电流，与实际加载电流相对误差为4%。

对于误差分析：

1）在环境温度较高、且负荷较大的增容阶段，室外日照辐射变化幅度较小，整体趋势基本稳定；

2）在现场运行中很难保证温度的完全精确性，从而误差会偏大，需要通过多次测量导线温度取其平均值以减小误差；

3）在负荷高峰期，负荷电流并不完全稳定，需要通过多次测温时间内的平均值来减小误差。

对于步骤S300，根据公式（6）所确定当前环境条件下的a、b值，然后计算当导线温度θ=70°C时的最大允许载流量I。

综上所述，本发明的技术不需要大量的监测设备，即使在没有任何在线监测设备的条件下，也可以根据巡线人员现场离线监测数据，快速确定架空导线的隐含容量，对于电网运行具有重要的现实意义，减少不必要的停电，提高架空导线的输电能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种架空导线载流量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对待测架空导线的导线温度、环境温度进行检测，获得至少两组导线温度值、环境温度值，所述检测步骤包括：

在待测架空导线加载电流中，由巡线人员采用温度离线监测设备，根据预设的时间间隔在待测线段的同一位置上对导线温度、环境温度进行若干次检测，获得至少两组对应的导线温度值、环境温度值；

根据所述导线温度值、环境温度值以及在电力调度中心测定的所述待测架空导线的电流值，计算导线电流与导线温升的函数关系式；

计算函数关系式步骤具体包括：

根据所述检测获得的至少两组导线温度值、环境温度值计算所述待测架空导线的导线温升；

根据所述导线温升和热平衡方程计算导线电流与导线温升的函数关系式；

其中，所述电流与导线温升的关系算式如下：

I²R_C＝W_R-W_S+hθ

式中，I为架空导线的电流值，R_C为架空导线的交流电阻，W_R为单位长度架空导线的辐射散热功率，h为架空导线对流换热系数，W_S为单位长度架空导线的日照吸热功率；

所述导线温升如下：

θ＝θ_c-θ_e

式中，θ为导线温升，θ_c为导线温度值，θ_e为环境温度值；

根据所述函数关系式计算出被测架空导线在设定温度下的最大载流量。

2.根据权利要求1所述的架空导线载流量检测方法，其特征在于，所述架空导线对流换热系数：

h＝0.57πλ_fRe^0.485

λ_f＝2.42×10^-2+7(θe+θ/2)×10^-5

式中，λ_f为架空导线表面空气层的传热系数，V为气象站实时监测的风速，D为架空导线的外径。

3.根据权利要求1所述的架空导线载流量检测方法，其特征在于，所述日照吸热功率：

W_S＝α_sJ_sD

式中，α_s为架空导线表面的吸热系数，J_s为日光对架空导线的日照强度，D为架空导线的外径。

4.根据权利要求1所述的架空导线载流量检测方法，其特征在于，所述辐射散热功率：

W_R＝πDE₁S₁[(θ+θ_e+273)⁴-(θ_e+273)⁴]

式中，D为架空导线的外径，E₁为架空导线表面的辐射散热系数，S₁为斯特凡·波尔茨曼常数。

5.根据权利要求1所述的架空导线载流量检测方法，其特征在于，所述电流与导线温升的关系算式：

I²＝a+bθ

式中，a、b为常系数，a与架空导线表面的吸热系数与散热系数相关，b与架空导线对流换热系数相关，a、b分别为在待测架空导线在当前环境条件下，在忽略导线温度升高交流电阻以及辐射散热的变化量时的等效常系数。

6.根据权利要求1所述的架空导线载流量检测方法，其特征在于，所述设定温度为70°。