CN104457558A - 一种高压交流导线粗糙系数的估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，包括：测量不同积污的高压交流导线表面的粗糙度Ra；获得反应电晕特性的紫外光子数参数，并得到紫外光子数与试验电压的关系曲线；引入起晕电压变化率，表征运行导线相对新导线的电晕放电变化；将起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra进行最小二乘法拟合，得到一定范围内起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra的线性关系；根据导线的粗糙度Ra计算导线粗糙系数m。本发明有益效果：本发明方法弥补了目前国内外在设计线路时不考虑运行后导线粗糙系数m的缺陷，计算结果更加准确，使得对于导线粗糙系数m选取更加合理科学，从而使设计导线更长时间满足环保、可靠的要求。

Description

一种高压交流导线粗糙系数的估算方法

技术领域

本发明涉及属于电力系统输电线路设计领域，尤其是一种高压交流导线粗糙系数的估算方法。

背景技术

目前，国内外缺乏针对交流实际运行导线的表面状态及其对电晕放电效应影响的深入研究，相关规律还没有完全掌握。深入研究交流实际导线的表面状态和电晕放电效应，对我国超、特高压输电线路的设计部门来说，可以在线路设计时充分考虑到不同地区的导线经过多年的运行后，表面状态和新导线的差异，从而在选取皮克公式中的导线粗糙系数m时采取相应措施。

导线表面积污以后，导线表面的粗糙度Ra发生变化，在计算导线电晕电压时，选取的导线粗糙系数m必然变化。而目前国内外对导线粗糙系数m的选取主要以各自的研究经验为主，缺乏统一的衡量方法，选取的结果也存在一定的差异，这种差异针对运行中的导线更大。我国的输电线路设计部门在进行750kV及以下线路设计时，选取的粗糙系数一般为0.82，针对某些外层绞线较多的大截面导线，取0.9-0.92进行设计；特高压输电线路的粗糙系数设计时，一般取0.85以上，采用新型结构如外层梯形或Z字型导线接近于光滑导体，粗糙系数在0.95以上，但对于运行后导线的粗糙系数m的变化在设计时几乎不加考虑。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，该方法

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，包括以下步骤：

(1)测量不同积污的高压交流导线表面的粗糙度Ra；

(2)进行导线的电晕放电试验，在导线电晕产生到消失的整个过程中，获得反应电晕特性的紫外光子数参数，并得到紫外光子数与试验电压的关系曲线；

(3)根据上述曲线得到不同积污导线的起晕电压值，为了表征运行导线相对新导线的电晕放电的变化，引入起晕电压变化率，表征运行导线相对新导线的电晕放电变化；

(4)将起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra进行最小二乘法拟合，得到一定范围内起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra的线性关系；

(5)经过实验数据验证导线粗糙系数m与导线起晕电压变化率有负指数关系，进而得出导线粗糙系数m与粗糙度Ra满足近似负指数关系,根据导线的粗糙度Ra计算导线粗糙系数m。

所述起晕电压变化率的计算方法为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{U^1-U^2}{U^1}$

其中，U¹为新导线的起晕电压，U²为相同规格的老化导线的起晕电压。

所述步骤(5)的具体方法为：

m＝0.244e^-Ra/16.223+0.588

其中，Ra为导线的粗糙度，且3.25μm≤Ra≤20.62μm。

本发明的有益效果是：

本发明方法弥补了目前国内外在设计线路时不考虑运行后导线粗糙系数m的缺陷，计算方法简单，计算结果更加准确，使得对于导线粗糙系数m选取更加合理科学，从而使设计导线更长时间满足环保、可靠的要求。

附图说明

图1为本发明实施例根据试验获得电晕参数与试验电压的关系曲线图；

图2为本发明实施例起晕电压变化率和粗糙度Ra的关系(实测与模拟曲线)；

图3为本发明实施例导线粗糙系数与粗糙度Ra的关系(实测与模拟曲线)；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明首先通过三维白光干涉仪来测量不同积污的高压交流导线表面粗糙度Ra，在利用电晕笼来进行导线的电晕放电试验，并通过各种设备观察、测量，在导线电晕产生、发展、消失的整个过程中，获得反应电晕特性的重要参数：紫外光子数，从而获得光子数与试验电压的关系曲线，根据曲线得不同积污导线的起晕电压值，为了表征运行导线相对新导线的电晕放电的变化，本发明引入了起晕电压变化率导线粗糙系数可用其中为U¹新导线的起晕电压，U²为相同规格的老化导线的起晕电压，是试验导线的起晕电压，是和试验导线具有相同外径的光滑导线的起晕电压。在此基础上，进而发现起晕电压变化率与导线的粗糙度Ra正相关，利用最小二乘法拟合，发现粗糙度在一定范围内，两者满足近似线性关系，而导线粗糙系数与粗糙度Ra则满足近似负指数关系，求出参数，得出估算方法。

在山东省境内选取不同运行年限的高压交流导线，导线型号：LGJQ-300/40，LGJQ-400/50。

粗糙度仪获得取样导线三维形貌图，本发明中X、Y方向上每毫米取400个点，得到每个点的高度值，公式 $\mathrm{Ra}=\frac{1}{M}\·\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Zij}\right|$

单个取样导线在电晕笼布置相同，获取导线电晕放电典型参数，根据工程上常用切线法各导线的起晕电压。图1为根据试验获得的电晕参数与试验电压关系曲线图。图1横坐标为所加试验电压，单位kV，纵坐标为导线典型电晕特性参数紫外光子数，曲线斜率突然增大点可近似为起晕电压点。工程上可考虑切线法，求起晕电压的拐点，即起晕电压U₀为Q-U曲线的切线延长线与横轴交点。

图2是起晕电压变化率与导线粗糙度Ra关系，实线为实测数据点，虚线为利用最小二乘法拟合得到的一条直线。拟合方程为Δ＝(0.945Ra+4.52)×100％，相关系数R²＝0.99769。

传统方法利用公式得到各试验导线的粗糙系数，是试验导线的起晕电压，是和试验导线具有相同外径的光滑导线的起晕电压，图3为导线粗糙系数与Ra的关系，实线为实测数据点，虚线为利用最小二乘拟合法的曲线。因此，提出模型方程为m＝Ae^-Ra/B+C，经过计算及试验数据验证，A＝0.244，B＝16.223，C＝0.588，相关系数R²＝0.99048，其中3.25μm≤Ra≤20.62μm。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)测量不同积污的高压交流导线表面的粗糙度Ra；

(2)进行导线的电晕放电试验，在导线电晕产生到消失的整个过程中，获得反应电晕特性的紫外光子数参数，并得到紫外光子数与试验电压的关系曲线；

(3)根据上述曲线得到不同积污导线的起晕电压值，为了表征运行导线相对新导线的电晕放电的变化，引入起晕电压变化率，表征运行导线相对新导线的电晕放电变化；

(4)将起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra进行最小二乘法拟合，得到一定范围内起晕电压变化率和导线的粗糙度Ra的线性关系；

(5)经过实验数据验证导线粗糙系数m与导线起晕电压变化率有负指数关系，进而得出导线粗糙系数m与粗糙度Ra满足近似负指数关系,根据导线的粗糙度Ra计算导线粗糙系数m。

2.如权利要求1所述的一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，其特征是，所述起晕电压变化率的计算方法为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{U^1-U^2}{U^1}$

其中，U¹为新导线的起晕电压，U²为相同规格的老化导线的起晕电压。

3.如权利要求1所述的一种高压交流导线粗糙系数的估算方法，其特征是，所述步骤(5)的具体方法为：

m＝0.244e^-Ra/16.223+0.588

其中，Ra为导线的粗糙度，且3.25μm≤Ra≤20.62μm。