CN104981699B - 用于测量垂直风分量的方法和系统 - Google Patents

用于测量垂直风分量的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104981699B
CN104981699B CN201380064492.4A CN201380064492A CN104981699B CN 104981699 B CN104981699 B CN 104981699B CN 201380064492 A CN201380064492 A CN 201380064492A CN 104981699 B CN104981699 B CN 104981699B
Authority
CN
China
Prior art keywords
span
suspended cables
wind
frequency
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380064492.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104981699A (zh
Inventor
J-L·利林
H-M·阮
B·戈达德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AMPACIMON SA
Original Assignee
AMPACIMON SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AMPACIMON SA filed Critical AMPACIMON SA
Publication of CN104981699A publication Critical patent/CN104981699A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104981699B publication Critical patent/CN104981699B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/30—State monitoring, e.g. fault, temperature monitoring, insulator monitoring, corona discharge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于测量相对于悬挂电缆跨度(2)的垂直风速分量的方法，该方法包括以下步骤：在一时间间隔监视所述悬挂电缆跨度(2)的至少一个点的运动，并且确定所述运动是否包括风振动。如果所述运动被确定为不包括风振动，则测量悬挂电缆跨度(2)的横向摆动角，并且按照所述横向摆动角的函数计算所述垂直风速分量，而如果所述运动被确定为包括风振动，则测量所述风振动的频率，并且按照所述风振动频率的函数计算所述垂直风速分量。

Description

用于测量垂直风分量的方法和系统
技术领域
本公开涉及一种用于测量相对于悬挂电缆跨度的垂直风速分量的方法和系统。本公开还涉及用于测量有效入射辐射并且用于确定用于这样的悬挂电缆跨度的最大容许电流额定值的方法、以及这些方法通过计算机程序或包含计算机可读指令集的存储器载体的实现。
背景技术
风速的局部度量对于若干个应用可以是有用的，特别是对于监视电力线的热行为，因为通过垂直于电力线的风分量的冷却是该热行为中的主要因素之一。
如美国专利8,184,015中所说明的，电力线(特别是高压架空线)的连续监视是及时地检测可能导致断电的异常状况必不可少的。测量连续支撑物之间的电力线跨度的下垂以确定下垂是否低于最大值在一些国家正在变为强制要求。
美国专利8,184,015公开了一种用于连续地监视电力线跨度上的下垂的设备和方法。该方法使得可以仅通过感测0至几十赫兹的频率范围内的机械振动来确定电力线的机械动态性质。实际上，场地中的电力线总是容易有移动和振动，这些移动和振动可能非常小，但是在时域和频域中都可通过它们的加速而被检测到。
这样的性质还可以用于确定许多其它的特征。本发明的新方法还可以供配备有加速度计的其它设备使用。
如例如在国际大电网会议(CIGRE)的研究委员会B2于2007年作为CIGRE技术手册No.324出版的“Sag-tension calculation methods for overhead lines”中所描述的，将满足其上使用导电电缆的特定电力线的设计、保密和安全标准(诸如电气间隙)的最大容许恒定电流额定值被称为“安培容量”。例如在以下文献中说明了基于各种数据估计悬挂电缆跨度的安培容量的方法：CRC Press于2000年出版的A.Deb的“Power line ampacitysystem”；来自于国际组织的技术手册，诸如分别于2002年和2012年出版的、CIGRE技术手册No.207(“Thermal behavior of overhead conductors”)和No.498(“Guide forapplication of direct real-time monitoring systems”)；以及以上提及的CIGRE技术手册No.324。这些文献中所公开的方法使用本地测量或模拟的、遵循例如以下标准中所说明的国际建议的天气数据：于2006年出版的CIGRE技术手册No.299(“Guide for selectionof weather parameters for bare overhead conductor ratings”)、或于2006年出版的用于计算架空裸导线的电流-温度的IEEE标准738-2006。
用于测量或模拟天气状况的这些方法的缺点是，它们没有一个能够产生实际上将用于计算安培容量的适当的天气数据，该天气数据是与电力线的所有关键跨度关联的值。关键跨度是在任何种类的天气情况下对于其都存在潜在的间隙违反的重大风险的跨度。哪些跨度是关键的可以取决于例如跨度方位、局部遮蔽效应、以及诸如植被、建筑物、道路等的局部障碍。它们通常是在设计阶段定义的，但是可以通过像光探测和测距(LIDAR)调查的更现代的技术来考查。
风速对电力线安培容量有巨大影响，因为它是负责冷却导线、因此影响下垂值的主要变量。然而，风速测量由于各种原因是复杂的。首先，风速不是静止的，并且除了与阵风关联的突变之外，可能在几分钟内显著地变化。第二，风速还沿着跨度变化。例如，根据JohnWiley&Sons,Inc于1996年出版的Simiu E.和Scanlan R.的“Wind effects onstructures”，风涡旋具有几十米的典型的平均大小。因此，电力线的长度为几百米的典型的悬挂电缆跨度容易有沿着该长度的可变风速。第三，风速还在垂直方向上大大地变化，因为导电电缆跨度悬挂在大气边界层内，并且悬挂电缆跨度的最低点一般高于地面大约10米。风速还可能由于局部效应而变化，所述局部效应诸如树或建筑物或悬挂电缆的高度的遮蔽，所述高度可能在单跨中仅由于该单跨下垂而变化多于15米，但是另外可能容易有该跨度的端点之间的地平面差异。因为电缆悬挂在大气边界层中，所以地面附近的这样的局部高度差异可能对风速具有显著影响。因此，单点风速测量通常不足以计算风对整个跨度的整体影响。
所有这些因素对于低风速特别重要，特别是对于其垂直于导线轴的分量低于3m/s的风速。这样的低风速对于安培容量确定是关键的。类似地，有效入射辐射的单点测量不允许计算太阳和反照对整个跨度的组合影响的整体影响。
考虑到电力线监视的重要性，已经提出了测量相关参数中的至少一些的几个设备。例如，在2009年出版的EPRI输电线路参考书“Wind induced conductor motion”的第二版中，公开了使用放置在离电缆悬挂点给定短距离(例如，89mm)处以便测量高频振动的位移测量系统。然而，这仅仅是监视问题的部分解决方案，并且这样的系统仅旨在评估由于由线夹附近的导线绞股上的风振动(Aeolian vibration)周期诱发的弯曲疲劳而导致的电力线导体的寿命。
测量悬挂电缆的下垂的若干种不同的方法也是已知的。如美国专利6,205,867中所公开的，试验性下垂测量的例子在于通过固定到铁塔的照相机对夹在受监视的导线上的目标进行光学检测。这样的方法的其它例子包括测量跨度中的导线的温度、张力或倾角。导线复制品有时附连到塔以在没有焦耳效应的情况下捕捉被吸收的导线温度。除了这些方法仅允许部分监视电力线的事实之外，这样的方法还有其它缺点：光学技术对由气象条件诱发的可见性的降低敏感，而其它测量方法取决于不确定性模型和/或可能不可获得的和/或不确定的数据，例如，风速、拓扑数据、实际导线特性等。
美国专利5,140,257和5,341,088公开了其壳体附连到导线的监视设备。该设备的一些特征与基于热线风速计的风速和方向的测量相关。然而，热线风速计在高压电力线的这样的贴近的附近难以工作。此外，所测量的风速可能被传感器本身改变，因为热线需要被保护不受电晕放电的影响。
美国专利6,441,603和5,559,430公开了用于给架空电力线定额的监视设备，该监视设备不附连到电力线的导电电缆，而是复制它。风、太阳辐射、反照和环境温度的组合影响的评估是基于与导电电缆分开安装的专用杆的行为。然而，这样的局部复制的缺点是，没有考虑到沿着跨度的风速和有效入射辐射的变化。因此，这样的局部测量可能不是沿着几百米跨度的实际平均风速和整体入射辐射的良好指示，沿着该跨度，高度可能变化，风也可能变化。然而，使用复制品可能引起关于沿着悬挂导电电缆的整个跨度的导线发射率和吸收率以及整体入射辐射的平均值的额外的误差。
美国专利4,728,887公开了其壳体与架空线相邻的监视设备。然而，没有关于如何考虑风速及其方向来评估安培容量的信息。
美国专利5,933,355公开了评估电力线的安培容量的软件。然而，该软件与风速测量没有关系。
美国专利6,205,867公开了基于倾角测量的电力线下垂监视器。然而，没有关于如何测量风速和方向来计算安培容量的信息。
PCT专利申请公开WO 2010/054072涉及实时电力线定额。它宣称关于风速方向和振幅的传感器的存在，但是没有公开这些传感器是如何构成的。
PCT专利申请公开WO 2004/038891和挪威专利申请公开NO 20024833公开了其壳体附连到悬挂电缆的监视设备。通过“传统的风力计”测量风，这样的风力计“通过外壳中的开口操作”。然而，传统风力计的缺点是，该计量器本身在局部测量中构成了干扰，并且低风速不能用这样的计量器适当地测量。
欧洲专利申请公开EP 1.574.822公开了其壳体附连到悬挂电缆的监视设备。然而，没有关于可以如何考虑风速和方向来评估安培容量的信息。
韩国专利申请公开KR 2009/0050671公开了其壳体附连到导线的监视设备。然而，该文献没有公开可以如何测量垂直于导线的低于3m/s的有效风速，这是安培容量确定的基本情况。
美国专利申请公开US 2012/0029871公开了其壳体附连到导线的监视设备。然而，该文献没有公开如何评估风速以为安培容量确定考虑。在网站http://www.lindsey- usa.com/newProduct.php上，陈述了一个这样的监视设备中的传感器可以被分派检测“驰振(galloping vibration)”和风振动的任务，“驰振”和风振动是在整个悬挂电缆上被风吹的指示。
在以上提及的书籍“Wind effects on structures”和“Wind induced conductormotion”中，已经公开了风振动频率与风速关联。此外，在论文“Original Real-timeObservations of Aeolian Vibrations on Power-Line Conductors”和“AeolianVibrations on Power-Line Conductors,Evaluation of Actual Self Damping”(两篇都是由Godard,B.、Guerard,S.和Lilien,J.-L.出版在IEEE Trasactions on PowerDeliver,26(4),2012上)中，还公开了因为风振动是因冯卡门涡旋脱落而产生的，所以可采用Strouhal公式来计算垂直风速：
其中，Str是电缆的无量纲Strouhal数特性，f是风振动频率，d是电缆的截面直径，u是相对于悬挂电缆跨度的垂直风速分量。
尽管如此知道了可以通过风振动频率来测量垂直风速分量，但是这样的风振动通常仅存在于某些风速范围、特别是相对低的风速的缺点仍然存在。即使这些范围例如对于架空电力线的安培容量的确定是最关键的，不可能仅基于风振动频率来测量所有风速范围上的垂直风速分量的缺点仍然存在。
发明内容
本公开的第一目的是提供一种针对于悬挂电缆跨度的、在所有风速范围上有效的用于测量垂直风速分量的方法，并且提供表示沿着整个悬挂电缆跨度的平均垂直风速影响的值。
因此，在至少一个例示性实施例中，该方法包括以下步骤：在一时间间隔监视所述悬挂电缆跨度的至少一个点的运动，并且确定所述运动是否包括风振动。如果所述运动被确定为不包括风振动，则测量悬挂电缆跨度的横向摆动角，并且按照所述横向摆动角的函数计算所述垂直风速分量，而如果所述运动被确定为包括风振动，则测量所述风振动的频率，并且按照所述风振动频率的函数计算所述垂直风速分量。
通过悬挂电缆跨度的至少一个点的运动中的风振动频率测量垂直风速分量已经被证明对于低速范围提供精确的且有效的测量。另一方面，通过横向摆动角测量垂直风速分量的精度和有效性随着风速提高。因此，通过首先确定运动是否存在风振动，并且使用这两种不同的模式来根据这样的风振动是否存在来测量垂直风速分量，可以在范围广泛的风速上有效地且精确地测量平均垂直风速分量的代表值。
具体地说，风振动频率的所述函数可以是线性比例函数，更具体地说，可以由以下方程定义：
其中，u(f)是按照风振动频率的函数计算的、以m/s为单位的垂直风速分量，f是以Hz为单位的风振动频率，d是以m为单位的、电缆的截面直径，Str是电缆的无量纲Strouhal数。因为风振动频率与由该方程决定的冯卡门涡旋脱落关联，所以该方程使得可以简单地、又有效地且精确地计算垂直风速分量。
另一方面，在另一模式下，横向摆动角的所述函数可以由以下方程定义：
其中，u(θ)是按照横向摆动角的函数计算的、以m/s为单位的垂直风速分量，θ是横向摆动角，ki是以m为单位的预定系数。具体地说，可以至少一开始根据以下方程计算所述预定系数ki：
其中，ρc是电缆的线性密度，也就是说，以kg/m为单位的其每单位长度的质量，ρf是空气密度，其中，在大气压力和环境温度Ta＝298K下，ρf＝1.184kg/m3，cD是电缆的气动阻力系数，d是以m为单位的、电缆的截面直径，因为横向摆动角实际上是悬挂电缆的重量及其相对于垂直风速分量的阻力之间的平衡的结果。
尽管如此，确定所述系数ki的参数，诸如空气密度ρf，特别是气动阻力系数cD，呈现出响应于各种环境条件的显著的可变性。因此可能有用的是重新基于垂直风速系数的精确测量来校准预定系数ki。如以上所讨论的，当风振动存在时，可以通过风振动的频率来提供这样的精确的测量。因此，为了这样的重新校准的目的，即使当所述运动被确定为包括风振动时，也可以测量悬挂电缆跨度的所述横向摆动角，然后根据以下方程重新计算所述预定系数ki：
其中，u(f)是按照风振动频率的函数计算的垂直风速分量。重新计算的系数ki于是随后在风振动不再存在时可以用于替代的风速测量模式中。因为横向摆动角和垂直风速分量之间的关系可能随着风速降低而变得越来越不精确，所以当所述运动被确定为包括风振动时，只有当垂直风速分量和/或所述横向摆动角超过预定阈值时，才可以重新计算所述预定系数ki，以便保持系数ki的精度。
各种技术可以用于确定所监视的运动是否包括风振动。具体地说，如果在所述时间间隔内的连续的一系列分析时间段期间的运动的频率分析揭示在预定频率范围内的振动频率，则可以确定所述运动包括风振动，其中所述连续的分析时间段内的揭示的振动频率之间的正相关系数高于预定阈值，和/或其中垂直振动分量和水平振动分量之间的比率高于另一预定阈值。例如，所述预定频率范围可以例如高于0Hz且不高于150Hz，用于所述正相关系数的预定阈值可以为至少0.75，用于垂直振动分量和水平振动分量之间的所述比率的预定阈值可以为至少3。
此外，可以使用固定到所述悬挂电缆跨度的加速度计组、使用例如以上提及的美国专利8,184,015中所公开的设备来监视所述运动，该专利通过引用并入。具体地说，所述加速度计组可以具有等于或低于100micro-G的灵敏度阈值，和/或测量垂直于所述电缆的至少两个轴上的运动。同一加速度计组还可以用于测量所述横向摆动角θ。
通过测量以上提及的垂直风速分量，还变得可以测量悬挂导电电缆跨度上的有效入射辐射，因为所述垂直风速分量和有效入射辐射是悬挂电缆跨度的热平衡中的独立的因素。因此，本公开的另一目的是提供一种用于测量悬挂导电电缆跨度上的有效入射辐射的可靠方法。
因此，在至少一个实施例中，测量悬挂导电电缆跨度上的有效入射辐射的该方法包括以下步骤：使用以上提及的用于测量垂直风速分量的方法来测量相对于导电电缆跨度的悬挂跨度的垂直风速分量；测量环境温度；测量所述悬挂电缆跨度的温度；并且测量流过所述悬挂电缆跨度的电流。然后按照所述环境温度、悬挂电缆跨度的所述温度和所述垂直风速分量的函数来计算所述悬挂电缆跨度的对流热损失率。进一步按照所述环境温度和悬挂电缆跨度的所述温度的函数来计算所述悬挂电缆跨度的辐射热损失率，并且按照所述电流和悬挂电缆跨度的所述温度的函数来计算电阻热增益率。然后按照所述对流热损失率、辐射热损失率和电阻热增益率的函数来计算所述有效入射辐射。具体地说，可以按照所述对流热损失率和辐射热损失率的和值减去所述电阻热增益率来计算所述有效入射辐射，从而反映电缆跨度的热平衡。此外，因为电缆跨度的下垂取决于电缆的热膨胀，因此，取决于其温度，所以可以通过下述方式来测量电缆跨度的所述温度，即，测量悬挂电缆跨度的下垂，并且按照所述下垂的函数计算悬挂电缆跨度的温度，从而提供表示整个电缆跨度上的平均温度的测量。可以例如使用以上提及的美国专利8,184,015中所公开的方法来测量下垂，该专利已经通过引用并入。
通过测量垂直风速分量和有效入射辐射两者，还变得可以确定用于悬挂导电电缆跨度的最大容许电流额定值。这样的最大容许电流额定值或安培容量主要受到在导电电缆的下垂的悬挂跨度周围保持至少最小安全间隙以防止电弧放电的需要的限制。因为电流将通过焦耳效应增大温度，因此电缆的下垂，并且所述下垂通常将减小悬挂电缆跨度周围、特别是其下面的间隙，所以将通过下垂了最大容许限度的悬挂电缆跨度的热平衡来确定最大容许电流额定值。
因此，在至少一个实施例中，通过下述方式来确定悬挂导电电缆跨度的最大容许电流额定值，即，确定所述悬挂电缆跨度的最大容许下垂，按照所述最大容许下垂的函数计算所述悬挂电缆跨度的最大容许温度，使用以上提及的用于此目的的方法来测量所述悬挂电缆跨度上的有效入射辐射、连同垂直风速分量和环境温度。然后用悬挂电缆跨度的所述最大容许温度和所述垂直风速分量来针对悬挂电缆跨度的所述最大容许温度计算所述悬挂电缆跨度的对流热损失率，并且用所述环境温度来针对所述最大容许温度计算所述悬挂电缆跨度的辐射热损失率，并且计算所述悬挂电缆跨度在所述最大容许温度下的电阻。然后按照所述最大容许温度下的所述有效入射辐射以及所述对流热损失率、辐射热损失率和电阻的函数来计算最大容许电流额定值。
本公开的另一目的是提供一种用于通过包括悬挂导电电缆跨度的电力线供给电力的方法，其中，在所述悬挂电缆跨度周围保持最小安全间隙时，所述电力被最大化。因此，在至少一个实施例中，根据以上提及的用于此目的的方法来确定所述悬挂导电电缆跨度的最大容许电流额定值，并且将通过所述电力线的电流限制在所述最大容许电流额定值或者低于该值。如果电力线包括多个连续的悬挂电缆跨度，则可对这些悬挂电缆跨度中的每个，或者对这些悬挂电缆跨度的先前已经被识别为关键的子集，计算最大容许电流额定值，并且通过所述电力线的电流于是被限制在这些最大容许电流额定值中的最低值或者低于该最低值。
本公开还涉及包含用于实现这些方法的计算机可读指令集的计算机程序和存储器载体。具体地说，本公开涉及一种计算机程序，该计算机程序当被连接到用于在一时间间隔感测悬挂电缆跨度的至少一个点的运动的传感器组的数据处理设备执行时，实现以上提及的用于测量相对于所述电缆跨度的垂直风速分量的方法，本公开还涉及一种包含计算机可读指令集的存储器载体，该计算机可读指令集当被连接到用于在一时间间隔感测悬挂电缆跨度的至少一个点的运动的传感器组的数据处理设备执行时，实现该方法。
本公开还涉及一种用于测量相对于悬垂在两个遥远的支撑物之间的电缆跨度的垂直风速分量的系统，该系统包括：传感器组，其用于在一时间间隔感测所述电缆跨度的至少一个点的运动；以及数据处理单元，其连接到所述传感器组，并且被配置为实现以上提及的用于测量相对于悬挂电缆跨度的垂直风速分量的方法。
以上对一些示例实施例的总结并非意图描述本发明的所公开的每个实施例或每一种实现。具体地说，本说明书内的任何例示性实施例的选定特征可以合并到另一实施例中，除非明确说明相反。
附图说明
考虑以下结合附图对实施例的详细描述，可以更完整地理解本发明，其中：
-图1是具有多个悬挂导电电缆跨度的电力线和用于测量相对于这些跨度之一的垂直风速分量以及该跨度上的有效入射辐射和用于该跨度的最大容许电流额定值的系统的示意图；
-图2是图1的电力线的一个跨度的侧视图；
-图3例示被风吹的悬挂电缆后面的冯卡门涡旋尾流；
-图4是示出24小时时间段期间的连续的频率分析时间段的被风吹的悬挂电缆跨度的振动频率的曲线图；
-图5A是示出在12:00:00时图4的振动频率与相应的加速度振幅的曲线图；
-图5B是示出在04:30:00时图4的振动频率与相应的加速度振幅的曲线图；
-图6A和6B是分别例示图5A的频率分析时间段期间的悬挂电缆跨度的水平运动和垂直运动的曲线图；
-图7A和7B是分别例示图5B的频率分析时间段期间的悬挂电缆跨度的水平运动和垂直运动的曲线图；
-图8是横向摆动的悬挂电缆跨度的示意性截面图；
-图9是用于测量相对于悬挂电缆跨度的垂直风速分量的方法的流程图；
-图10是例示作为图4的例子的风振动频率的函数测量的垂直风速分量的演变的曲线图；
-图11是例示图4的例子中的悬挂电缆跨度的横向摆动角的演变的曲线图；
-图12是组合图10中所示的结果和作为图11中所绘制的横向摆动角的函数测量垂直风速分量的结果的曲线图；
-图13是例示图4的例子中的悬挂电缆跨度的下垂的演变的曲线图；
-图14是例示图4的例子中的环境温度和电缆温度的演变的曲线图；
-图15是例示与根据现有技术方法估计的有效入射辐射相比的、根据本公开的方法计算的图4的例子中的悬挂电缆跨度上的有效入射辐射的演变的曲线图；和
-图16是例示与常规的静态额定值相比的、根据本公开的方法计算的、图4的例子的最大容许电流额定值的演变的曲线图。
虽然本发明易于有各种修改和替代形式，但是其细节在附图中作为例子示出，并且将被详细描述。然而，应理解，本发明不使本发明的各方面限于所描述的特定实施例。相反，本发明是要覆盖落在本发明的范围内的所有修改、等同和替代。
具体实施方式
关于以下的定义的术语，这些定义应被适用，除非在权利要求书或者本说明书的别处给出了不同的定义。
所有数值在本文中都被假定为其前面有术语“大约”，无论是否被明确地指明。术语“大约”一般是指本领域技术人员将认为与所记载的值等同(即，具有相同功能或结果)的数的范围。在许多实例中，术语“大约”可以指示为包括被四舍五入为最近有效数字的数。
用端点的任何数值范围记载包括该范围内的所有数(例如，1至5包括1、4/3、1.5、2、e、2.75、3、n、3.80、4和5)。
尽管公开了与各种组件、特征和/或规范相关的一些合适的尺寸范围和/或值，但是本公开激励的本领域技术人员将理解期望的尺寸、范围和/或值可能偏离明确公开的那些尺寸、范围和/或值。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”和“该”包括复数指示物，除非内容另有明确的指定。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”的使用意义一般是“和/或”，除非内容另有明确的指定。
以下详细描述应参照附图来阅读，在附图中，不同图中的相似元件的编号相同。详细描述和不一定按比例绘制的附图描绘了例示性实施例，并非意图限制本发明的范围。所描绘的例示性实施例的意图仅仅是示例性的。任何例示性实施例的选定特征可以合并到另一实施例中，除非明确地说明相反。
本公开涉及测量相对于悬挂电缆跨度的垂直风速分量。如我们将看到的，这在为这样的悬挂电缆跨度或包括这样的悬挂电缆跨度的电力线提供最大容许电流额定值(也被称为“安培容量”)的方面具有特定应用。然而，它还可以在与电力传输没有直接关系的领域中具有其它应用。
图1示意性地例示架空电力线1，其包括由铁塔3通过悬挂链支撑的多个连续的悬挂导电电缆跨度2。在每个关键的悬挂电缆跨度2上夹着独立设备4，如例如以上提及的美国专利8,184,015中所公开的，独立设备4包括加速度计组和发送器，加速度计组适合于监视垂直于电缆的至少两个轴上的运动，发送器用于将该加速度计组获得的运动数据发送到远程数据处理单元5。独立设备4可以由流过电力线1的电流I感应供电。所示的系统还包括至少一个环境温度传感器6和一个电流传感器7，它们也连接到远程数据处理单元5。环境温度传感器6可以集成在独立设备4内，或者安置在电力线1的一般邻域内。因为环境温度Ta在时间、距离或海拔上比较稳定，所以甚至在远离架空电力线1几千米执行的测量也可能是足够的。电流传感器7也可以嵌入在独立设备4内，但是也可以使用远程安装在变电站中并且通过负责电力线1的输电系统运营商的现有的数据传输架构连接到数据处理单元5的常规的电流传感器。
每个跨度2具有下垂S，下垂S将随着电缆的温度Tc而增大，因为热膨胀使连续铁塔3之间的电缆长度增加。在图2上示意性地看出，悬挂电缆跨度的下垂增大一般使电缆相对于地面或任何地上障碍(诸如树或建筑物)的间隙C减小。然而，通常要求至少保持临界最小间隙Cmin，以便防止架空高压电力线的悬挂电缆跨度电弧放电。
悬挂电缆跨度2的温度Tc，因此，其下垂S和间隙C，由悬挂电缆跨度2及其环境之间的热平衡决定。一方面，悬挂电缆跨度2因太阳的有效入射辐射和电缆跨度2周围的反照以及由电流I通过焦耳效应引起的、由电流I流过电缆引起的电阻加热而受热。另一方面，悬挂电缆跨度通过辐射冷却以及对流冷却而冷却下来。在稳定状态下，根据以上提及的IEEE标准738-2006中所描述的热平衡方程，这些热增益和热损失使彼此均等：
qs+R(Tc)/2＝qc+qr
其中，qs是由有效入射辐射引起的、电缆的每单位长度的热增益率，R(Tc)是电缆在温度Tc下的每单位长度的电阻，qc是每单位长度的对流热损失率，qr是每单位长度的辐射热损失率。该表达式中的所述热增益率和热损失率均以W/m为单位表达。
可以根据如下的Stefan-Boltzmann方程来计算辐射热损失率qr：
qr＝πdσε(Tc 4-Ta 4)
其中，Ta是环境温度(以开氏度为单位)，ε是电缆表面的无量纲发射率系数，在0和1之间，通常在0.7和0.9之间，σ是Stefan-Boltzmann常数，即，5.670400˙10-8Js-1m-2K-4。
对于强制对流，也就是说，由相对于悬挂电缆跨度的相对风辅助的对流，可以例如根据以下方程来估计对流热损失率qc：
其中，对流热损失率qc可以被估计为这两个估计值qc1和qc2之中的无论哪个最大者。在这些方程中，μf表示空气的动态粘度(以Pa·s为单位)，该动态粘度在Ta＝298K可估计为1.84·10-5Pa·s，kf表示空气的热导率(以W·m-1·K-1为单位)，该热导率可以在Ta＝298K下估计为0.0261W·m-1·K-1。ν表示相对于电缆的有效风速。
没有风的自然对流热损失率也可以基于在以上提及的CIGRE技术手册No.207和IEEE标准738-2006中呈现的方程来估计。然而，风一般将是存在的，通常高于每秒几十米的阈值，典型地，大约0.5m/s，并且将对悬挂电缆跨度的热平衡具有显著影响。
因此，知道所述有效风速ν、环境温度Ta、电流I、电缆的温度Tc和电缆的几种性质(诸如其截面直径d、其发射率ε及其在所述温度Tc下的电阻R(Tc))，可以计算电阻热增益率R(Tc)I2、对流热损失率qc和辐射热损失率qr。假定稳定状态，于是可以采用以上提及的如下的热平衡方程来计算每单位长度的有效入射辐射qs：
qs＝qc+qr-R(Tc)/2
如上所述，下垂S是悬挂电缆跨度2的温度Tc的已知函数。因此还可以通过下垂S来估计该温度Tc。存在可供技术人员使用的测量该下垂S的各种方法。例如，在以上提及的美国专利8,184,015中，公开了通过分析独立设备4所感测的运动来测量该下垂S的方法。
通过目前公开的方法，还可以基于悬挂电缆跨度2的至少一个点的运动来测量垂直风速分量u，所述运动由这样的独立设备4或可供技术人员使用的任何替代手段(诸如，举例来说，对准悬挂电缆跨度2的远程照相机)感测。对于以与悬挂电缆跨度2的方向成45°和90°之间的范围内的角度吹的风，该垂直风速分量u非常接近于所述有效风速ν。使用风速垂直分量u作为用于计算对流热损失率qc的有效风速ν因此在这种情况下得到对流热损失率qc的非常好的估计。对于0°至45°范围内的角度，使用风速垂直分量u作为用于计算对流热损失率qc的有效风速ν得到对流热损失率qc的低估，该低估尽管如此对计算对流最大容许电流额定值还是有用的。
如图3中示意性地示出的，垂直于悬挂电缆跨度吹的风可以在悬挂电缆跨度2的后面产生一系列尾随冯卡门涡旋。因为这些涡旋(vortex)交替地在悬挂电缆跨度2的上面和下面产生，所以它们可能引起悬挂电缆跨度2的振动。这样的振动被称为风振动，并且通常用垂直运动与水平运动的高比率(至少5至1，通常大约10至1)和不高于150Hz的频率范围内的频率f表征。根据流体力学领域中的一般知识，如例如由R.D.Blevins在Van NostrandReinhold于1990年在New York出版的“Flow Induced Vibration”第二版中以及由Simiu和Scanlan在以上提及的“Wind effects on structures”中所表达的，这样的振动的功率谱密度峰值(通常由3和100Hz之间组成，最常见的是2和40Hz之间)在通过Strouhal方程与风速和导线直径关联的频率处被观察到，以使得给定风速将在相近的频率范围内产生振动。
风振动是悬挂电缆中的材料疲劳的关键来源，因此在诸如以上提及的EPRI输电线路参考书“Wind induced conductor motion”的这样的作品中进行了详细的研究。其中，风振动与冯卡门涡旋脱落(vortex shedding)频率和电缆的一种振动模式或电缆在非常窄的频率范围内的几种振动模式的锁定相关联。这个至少一个频率是从风到整个悬挂电缆跨度2上的振动的能量转换的主导模式。它因此表示计算整个悬挂电缆跨度上的强制对流热损失率qc将考虑的主导平均垂直风速分量u。
如B.Godard、S.Guerard和J.-L.Lilien在以上提及的论文“Original Real-timeObservations of Aeolian Vibrations on Power-line Conductors”和“AeolianVibrations on Power-Line Conductors,Evaluation of Actual Self Damping”中所公开的，所观察的频率因此通过Strouhal方程反映了实际的相对于悬挂电缆的垂直风速分量：
因此可以基于振动频率分析，特别是在低于大约7m/s、最优选地低于3m/s的非常低的风速下的振动频率分析，来计算垂直风速分量u，这对于确定电力线的最大容许电流额定值是特别重要的。
然而，在典型地高于每秒几米的较高风速下，悬挂电缆的运动由抖振主导，而不是由风振动主导。这样的抖振运动模式主要与由于模块中的和沿着悬挂电缆跨度的长度的方向上的风速变化而导致的随机效应和不规律效应相关。这样的振动不允许形成准稳态振动，比如风振动。相反，它们引起悬挂电缆在范围广泛的频率上的随机激励。图4、5A、5B、6A、6B、7A和7C中的曲线图例示了这两种运动模式之间的差异。
这些曲线图是基于独立设备所测量的加速度数据，如美国专利8,184,015中所公开的，该独立设备被夹到悬挂电缆跨度的至少一个点处，并且包括三轴加速度计组装件，该三轴加速度计组装件的灵敏度为100micro-G或者低于100micro-G，并且适于感测0至大约100Hz的频率范围内的振动运动。这些加速度数据是在5分钟的连续时间段内采样的，并且经过了频率分析以提供图4的曲线图，图4绘制了在24小时午夜至午夜时间间隔内的这些连续的频率分析时间段内、在悬挂电缆的横向运动中、在0和12.5Hz之间观察的频率。尽管在图4中所示的例子中，采样时间段具有5分钟的持续时间，但是可以替代使用不同持续时间的时间段，通常几分钟，优选地2分钟和10分钟之间。
悬挂电缆的不同类型的风诱发的运动在图4的曲线图中是清楚可见的。所以，例如，在大约t1＝12:00:00时，电缆以对应于抖振或“类型I”运动的宽频谱振荡。图5A中示出了这些频率和相应的振动振幅。由于风的时空不均匀性，大量振动模式存在于其中。图6A和6B分别例示了在10分钟时间段的这样的抖振运动期间电缆的水平横向加速度和垂直横向加速度的典型演变。垂直横向加速度和水平横向加速度明确地在同一数量级内。
另一方面，在大约t2＝04:30:00时，振动频率被示为在对应于风振动或“类型II”运动的窄得多的频谱内。如例示这些频率和相应的振幅的图5B中所示，仅三个非常近的频率在该频率分析时间段内被检测到，以非常占主导性的振动模式为中心。此外，如图7A和7B中所示，其中被示为重力加速度周围的振荡的垂直加速度比水平横向加速度强一个数量级。这些特征明确地表征了风振动。
在抖振和风振动这两种运动类型之间，被风吹的悬挂电缆跨度还将经历过渡时间段，在该过渡时间段期间，将存在过渡性或“类型III”运动。在从抖振类型I运动过渡到风振动类型II运动期间，根据Strouhal方程、频率低于对应于风振动的频率的振动的振幅将减小，并且风振动将增强。当风振动被充分增强时，悬挂电缆以对应于由Strouhal方程给出的风速率的频率振动。由于如以上提及的EPRI输电线路参考书“Wind induced conductormotion”和R.D.Blevins在“Flow Induced Vibration”中所描述的锁定现象，该振动频率随后不会响应于小的风速变化而变化。最初，只有风振动的振幅将减小，而频率没有明显的变化，但是如果风速变化超过某一阈值，则风振动将消逝，转变到抖振类型I运动，或者具有不同的主频率的新的风振动模式将构建。这样的转变时间段可以持续几分钟，通常大约2分钟和大约5分钟之间。它可以通过在给定的一段时间期间观察激发频率处的振动振幅的演变来确定。
尽管在不存在风振动时不可能通过使用Strouhal方程的频率分析来测量风速，但是其它手段是可供使用的。具体地说，悬挂电缆上的气动阻力FD迫使连续的铁塔3之间的悬挂电缆跨度2横向摆动。如图8中所示，假定稳定状态，横向摆动角θ的正切等于该气动阻力和悬挂电缆跨度2的重量W之间的比率：
因此，还可以基于横向摆动角θ来计算垂直风速分量u。因为横向摆动角θ的正切将与垂直风速分量u的平方成比例，所以该度量的精度在较高风速下将提高。
因此，本公开旨在提供这样一种方法，该方法用于通过补充地使用悬挂电缆跨度2的风振动频率f或横向摆动角θ作为相对于悬挂电缆跨度2的垂直风速分量u的度量来测量该垂直风速分量u。图9的流程图中示意性地例示了该方法。
在该方法的第一步S101中，在一时间间隔监视所述悬挂电缆跨度2的至少一个点的运动。该步骤可以使用以上提及的独立设备4来进行，独立设备4由流过悬挂电缆跨度2的电流感应供电。该独立设备4所获得的加速度数据可以在现场进行处理，或者通过也集成在独立设备4中的发送器发送到远程位置。但是替代手段也可以被技术人员考虑来监视该运动。
在下一步S102中，基于通过监视悬挂电缆跨度2的运动而获得的数据来确定该运动是否包括风振动。风振动的特征在于，在频域中是几乎静止的过程，而在振幅域中则不一定。因此，为了确定风振动的存在，检查所述时间间隔内的几个连续的分析时间段的频率内容之间的相关性。每个频率分析时间段可以具有几分钟的持续时间，通常2分钟和5分钟之间。这些连续的时间段的频率之间的正相关系数通常应为至少0.75，并且可能地高于大约0.9。换句话说，当在多个连续的分析时间段期间，在与关于悬挂电缆跨度2的形状和直径的Strouhal方程一致的窄频率范围内，存在非常有限数量的相关频率(通常大约三个相近的频率)时，识别出风振动。例如，考虑关于这样的电缆的大约0.185的Strouhal数Str以及0.03的截面直径d，为了检测0m/s和2m/s之间的垂直风速分量u，将被监视的频率范围应在0附近至12.3Hz。低于某一阈值(通常低于0.1至0.2m/s)的风速的能量可能不足以激发风振动，从而对该频率范围设置下限。例如，如果阈值位于0.2m/s的风速处，则用于该同一个电缆的频率范围的下限因此将为大约1.2Hz。
悬挂电缆跨度2的垂直运动与水平运动的比率也可以用于作为振动频率的分析的补充或替代来检测风振动。如在图6A和6B中看到的，在抖振期间，阵风在垂直和水平两个横向方向上产生运动，而如图7A和7B中所示，风振动主要垂直于风流，并且它们的振幅因此在垂直方向上远高于水平方向上，因为风通常在接近水平的方向上流动。
如果在步骤S102中，悬挂电缆跨度2的运动被确定为不包括风振动，则在下一步S103中，据下式，按照横向摆动角θ的函数u(θ)来计算垂直风速分量u：
其中，预定系数ki可能至少一开始使用以下方程计算：
例如，假定在293K下空气密度ρf为1.2kg/m3，并且关于悬挂电缆跨度2，线性密度ρc为1kg/m，阻力系数cD为1，直径d为0.03m，则ki的值可以被估计为55m。
横向摆动角θ本身可以使用同一个独立设备4来测量，如美国专利8,184,015中所公开的，独立设备4被夹到悬挂电缆跨度2的至少一个点处，并且包括可以用于感测风振动的三轴加速度计组装件，该三轴加速度计组装件的灵敏度为100micro-G或者低于100micro-G。如果加速度计组装件具有固定到电缆的参考系，则当电缆呈现这样的横向摆动角θ时，加速度计将感测到重力g的加速度在局部参考轴X和Y上的两个单独的静态分量gx、gy。这些分量之间的比率也将等于横向摆动角θ的正切：
或者还等于：
在独立设备4的加速度计组中的单个的加速度计可以被安装成相对于该局部参考系X-Y偏移一角度时，可以容易地计算该偏移，例如使用来自具有小的或非常小的横向加速度的垂直运动的时间段的或者风振动期间的加速度数据来计算。
在实际的情况下，阵风诱发悬挂电缆跨度2的动态横向运动，并且加速度计组在横向平面中测量的加速度值可以迅速地改变。计算所测量的每个横向加速度分量的均值以评估作用于悬挂电缆跨度2上的平均风速。这些均值可以基于具有大约5分钟至20分钟的范围内的持续时间(最优选地，大约10分钟)的采样时间段来计算。
然而，如果悬挂电缆跨度2的运动在步骤S102中被确定为包括风振动，则在步骤S104中，基于该风振动的频率来计算垂直风速分量u。对于给定的柱体直径和给定的流体速率，该流动的脱落频率由Strouhal方程给出。然而，对于实际的悬挂电缆跨度，由于悬挂电缆跨度2不是表现为刚性柱体的事实、以及风速不仅随时间变化、而且还沿着悬挂电缆跨度2变化这两者，这被复杂化。因此，如图5B中所示，风振动可能同时被以多个相近的频率激发，并且同时拍打。为了计算垂直风速分量u，可以选择具有最高标准化运动振幅的风振动的频率f。然后使用Strohal方程，可以按照如下的该频率f的函数u(f)来计算垂直风速分量u：
在后一步S105中，然后确定按照风振动频率f的函数u(f)计算的这个垂直风速分量u是否达到了用于重新校准以上提及的预定系数ki的最小阈值ur。如果达到了该阈值，则在步骤S106中根据以下方程重新计算所述系数ki：
然而，可替代地，步骤S105中的阈值可以与横向摆动角θ相关，而不是与按照风振动频率f的函数u(f)计算的垂直风速分量u相关。
图9的流程图中如此所示的方法可以用于在所述频率分析时间段中的每个内，通过风振动频率f(当它可获得时)或者通过横向摆动角θ来测量垂直风速分量u。图10至12例示了将该方法应用于图4中所示的风诱发的运动的结果。具体地说，图10例示了在悬挂电缆跨度2的运动被确定为包括风振动的频率分析时间段内，按照风振动频率f的函数u(f)计算的垂直风速分量u的演变。中午时分，存在可见的间隙，在该间隙期间，运动是纯类型I抖振运动，没有风振动，对于该运动，垂直风速分量u不能按照风振动频率f的这样的函数u(f)计算。图11示出了在同一24小时午夜至午夜时间间隔内的每个频率分析时间段内测量的横向摆动角θ。在图11中清楚地可见，横向摆动角θ在该间隙期间是如何到达特别高的峰值的。这些横向摆动角θ在大约10分钟的采样时间段内的均值可以用于按照没有风振动的这个间隙内的横向摆动角θ的函数来计算垂直风速分量u。如图12中所见，这两个曲线彼此拟合和补充以提供垂直风速分量u的无间隙度量。
数据处理单元5因此可以对于每个悬挂电缆跨度2使用该垂直风速分量u作为用于估计悬挂电缆跨度2的对流热损失率qc的有效风速v。为此，数据处理单元5还接收环境温度传感器6所测量的环境温度Ta，并且基于悬挂电缆跨度2的下垂S来估计电缆温度Tc，下垂S例如通过美国专利8,184,015中所公开的方法来估计。图13例示了悬挂电缆跨度2的下垂S在图4的例子的24小时时间段期间的演变，图14例示了相应的电缆温度Tc在同一时间段上的演变，连同环境温度Ta的演变。
然而，可替代地，所述电缆温度Tc可以用其它手段获得，诸如，举例来说，直接嵌入在独立设备4中的温度传感器。
同时，数据处理单元5还可以基于来自电流传感器7的输入来计算电阻热增益率R(Tc)I2，并且基于所述环境温度Ta和电缆温度Tc来计算辐射热损失率qr。作为这样的电流传感器7的替代，电流I的值可以通过来自运营电力线1的输电系统运营商(TSO)的输入而获得。
假定稳定状态，并且采用热平衡方程，数据处理单元5然后可以如下计算每个关键悬挂电缆跨度2的每单位长度的有效入射辐射qs：
qs＝qc+qr-R(Tc)/2
图15例示了关于图4、13和14的例子的、与IEEE标准738-2006中所提出的理论模型相比的、有效入射辐射qs在同一个24小时时间段期间的如此估计的演变，其中，有效入射辐射qs基于海拔和日期而计算。可以看出，比较而言，该方法提供有效入射辐射qs的更精确的测量，该测量考虑到了例如遮蔽太阳的浮云。
有效入射辐射qs的这个测量然后继而可以与其它数据一起被数据处理单元5用来计算最大容许电流额定值Imax，该最大容许电流额定值Imax也被称为安培容量、动态线路额定值(DLR)或实时热额定值(RTTR)。为此，在对每个悬挂电缆跨度2确定最大容许下垂Smax之后，计算最大容许电缆温度Tc,max。该最大容许电缆温度Tc,max对应于与该最大容许下垂Smax相应的电缆温度Tc,max或绝对最大温度限值Tc,limit中的最低者，在最大容许电缆温度Tc,max，悬挂电缆跨度2的结构完整性仍然可以保持。然后可以针对最大容许电缆温度Tc,max、所测量的环境温度Ta和垂直风速分量u计算辐射热损失率qr,max和对流热损失率qc,max。因此，可以如下基于所述最大容许电缆温度Tc,max下的热平衡方程来计算最大容许电流额定值Imax：
其中，R(Tc,max)是电缆在温度Tc,max下的每单位长度的电阻。
图16例示了在同一个24小时时间段期间的、关于图4和13至15的例子的、使用该方法计算的最大容许电流额定值Imax或安培容量的演变，与在同一个时间段期间流过同一个悬挂电缆跨度2的实际电流I、以及根据来自输电系统运营商的数据的、用于该悬挂电缆跨度2的静态额定值相比。如该曲线图中所示，该方法提供在整个24小时时间段期间远高于常规的静态额定值的动态电流额定值，尽管这保守估计了对流热损失率qc，该对流热损失率qc通过使用垂直风速分量u作为有效风速v而获得。这可以例如帮助将高度可变的电源，特别是诸如风力的可再生电源集成在电网中。
最大容许电流额定值Imax可以至少针对电力线1的每个关键的悬挂电缆跨度2计算。用于这各个悬挂电缆跨度2的最大容许电流额定值Imax的这些集合中的最低者作为电力线1中的最弱链路，然后可以确定用于整个电力线2的最大容许电流额定值，该最大容许电流额定值将用于限制通过电力线1供给的电流。
远程数据处理单元5可以是运行实现这些方法的计算机程序的常规的可编程计算机。该计算机程序可以是存储在存储器载体中的指令集的形状。在本上下文下，“存储器载体”应被理解为意指能够至少在某一时间段内包含可被读取设备读取的数据的任何物理介质。这样的存储器载体的例子是磁带和磁盘、光盘(只读的、以及可记录的或可重写的)、逻辑电路存储器(诸如只读存储器芯片、随机存取存储器芯片和闪存芯片)、以及甚至更奇特的数据存储介质(诸如化学的、生化的或机械的存储器)。
尽管在所示的实施例中数据处理单元5远离独立设备4，但是它也可以整个地或部分地集成到一个这样的独立设备4中，以使得这些方法的计算步骤中的至少一些在独立设备4本身内执行。
尽管在目前公开的方法中，通过风振动频率f和/或横向摆动角θ测量的垂直风速分量u特定地用于计算有效入射辐射qs和最大容许电流额定值Imax，但是它还可以用于范围更广泛的应用，比如，风动态压力系数、悬挂电缆跨度2的最大摆动角的确定，这些值然后可以用于设计这样的电力线。
本领域技术人员将认识到，本发明可以以除了本文中所描述和构想的特定实施例之外的各种形式表现。因此，在不脱离所附权利要求书中所描述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上有所偏离。

Claims (17)

1.一种用于测量相对于悬挂电缆跨度(2)的垂直风速分量的方法，包括以下步骤：
在一时间间隔上监视所述悬挂电缆跨度(2)的至少一个点的运动；
确定所述运动是否包括风振动，并且：
如果所述运动被确定为不包含风振动，则测量所述悬挂电缆跨度(2)的横向摆动角，并且作为所述横向摆动角的函数计算所述垂直风速分量，所述横向摆动角的所述函数由下式定义：
其中，u(θ)是作为横向摆动角的函数计算的垂直风速分量，θ是横向摆动角，g是重力加速度，并且ki是预定系数；
如果所述运动被确定为包含风振动，则测量所述风振动的频率，并且作为所述风振动的频率的函数计算所述垂直风速分量，所述风振动的频率的所述函数由下式定义：
其中，u(f)是作为风振动的频率的函数计算的垂直风速分量，f是风振动的频率，d是所述电缆的截面直径，并且Str是所述电缆的Strouhal数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一开始根据下式计算所述预定系数ki：
其中，ρc是所述电缆的线性密度，ρf是空气密度，cD是所述电缆的气动阻力系数，并且d是所述电缆的截面直径。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，即使当所述运动被确定为包含风振动时，也测量所述悬挂电缆跨度(2)的所述横向摆动角，然后当所述垂直风速分量和/或所述横向摆动角超过预定阈值时，根据下式重新计算所述预定系数ki：
其中，u(f)是作为风振动的频率的函数计算的垂直风速分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述确定所述运动是否包含风振动的步骤中，如果在所述时间间隔内的连续的一系列分析时间段期间对运动的频率分析揭示在预定频率范围内的振动频率，则确定所述运动包含风振动，其中连续的分析时间段内的揭示的振动频率之间的正相关系数高于预定正相关系数阈值，并且/或者其中垂直振动分量和水平振动分量之间的比率高于另一预定阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定频率范围高于0Hz且不高于150Hz。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定正相关系数阈值为0.75。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，垂直振动分量和水平振动分量之间的所述比率的预定阈值为3。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用固定到所述悬挂电缆跨度(2)的加速度计组来监视所述运动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加速度计组具有等于或低于100micro-G的灵敏度阈值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加速度计组感测垂直于所述电缆的至少两个轴上的运动。
11.一种用于测量悬挂导电电缆跨度(2)上的有效入射辐射的方法，包括以下步骤：
使用根据权利要求1-10中的任何一项所述的方法来测量相对于所述悬挂电缆跨度(2)的垂直风速分量；
测量环境温度；
测量所述悬挂电缆跨度(2)的温度；
测量流过所述悬挂电缆跨度的电流；
作为所述环境温度、悬挂电缆跨度(2)的所述温度和所述垂直风速分量的函数来计算所述悬挂电缆跨度(2)的对流热损失率；
作为所述环境温度和悬挂电缆跨度(2)的所述温度的函数来计算所述悬挂电缆跨度(2)的辐射热损失率；
作为所述电流和悬挂电缆跨度(2)的所述温度的函数来计算电阻热增益率；以及
作为所述对流热损失率、辐射热损失率和电阻热增益率的函数来计算所述有效入射辐射。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述有效入射辐射计算为所述对流热损失率和辐射热损失率的和值减去所述电阻热增益率。
13.根据权利要求11或12中的任何一项所述的方法，其中，通过以下步骤测量悬挂电缆跨度(2)的所述温度：
测量所述悬挂电缆跨度(2)的下垂；和
作为所述下垂的函数计算所述悬挂电缆跨度的温度。
14.一种用于确定悬挂导电电缆跨度(2)的最大容许电流额定值的方法，包括以下步骤：
确定所述悬挂电缆跨度(2)的最大容许下垂；
作为所述最大容许下垂的函数计算所述悬挂电缆跨度的最大容许温度；
使用根据权利要求11-13中的任何一项所述的方法来测量所述悬挂电缆跨度(2)上的有效入射辐射、连同垂直风速分量和环境温度；
用所述悬挂电缆跨度的所述最大容许温度和所述垂直风速分量来针对所述悬挂电缆跨度的所述最大容许温度计算所述悬挂电缆跨度的对流热损失率；
用所述环境温度来针对所述最大容许温度计算所述悬挂电缆跨度(2)的辐射热损失率；
计算所述悬挂电缆跨度(2)在所述最大容许温度下的电阻；以及
作为所述有效入射辐射以及所述最大容许温度下的所述对流热损失率、辐射热损失率和电阻的函数来计算所述最大容许电流额定值。
15.一种用于通过包括悬挂导电电缆跨度(2)的电力线(1)供给电力的方法，包括以下步骤：
根据权利要求14所述的方法来确定所述悬挂导电电缆跨度(2)的最大容许电流额定值；和
将通过所述电力线(1)的电流限制在所述最大容许电流额定值或者低于所述最大容许电流额定值。
16.一种包含计算机可读指令集的存储器载体，所述计算机可读指令集用于当被连接到用于在一时间间隔上监视悬挂电缆跨度(2)的至少一个点的运动的传感器组的数据处理设备(5)执行时，实现根据权利要求1至10中的任何一项所述的方法。
17.一种用于测量相对于悬挂电缆跨度(2)的垂直风速分量的系统，所述系统包括：传感器组，用于在一时间间隔上监视所述悬挂电缆跨度(2)的至少一个点的运动；以及数据处理设备(5)，连接到所述传感器组，并且被配置为实现根据权利要求1至10中的任何一项所述的方法。
CN201380064492.4A 2012-12-10 2013-03-13 用于测量垂直风分量的方法和系统 Active CN104981699B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/709,474 US20140163884A1 (en) 2012-12-10 2012-12-10 Method and system for the determination of wind speeds and incident radiation parameters of overhead power lines
US13/709,474 2012-12-10
PCT/EP2013/055180 WO2014090416A1 (en) 2012-12-10 2013-03-13 Method and system for measuring a perpendicular wind component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104981699A CN104981699A (zh) 2015-10-14
CN104981699B true CN104981699B (zh) 2018-06-05

Family

ID=47997402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380064492.4A Active CN104981699B (zh) 2012-12-10 2013-03-13 用于测量垂直风分量的方法和系统

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20140163884A1 (zh)
EP (1) EP2929357B1 (zh)
CN (1) CN104981699B (zh)
IL (1) IL239310B (zh)
IN (1) IN2015DN05979A (zh)
SI (1) SI2929357T1 (zh)
WO (1) WO2014090416A1 (zh)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9647454B2 (en) 2011-08-31 2017-05-09 Aclara Technologies Llc Methods and apparatus for determining conditions of power lines
US9562925B2 (en) * 2012-02-14 2017-02-07 Tollgrade Communications, Inc. Power line management system
CA3171513A1 (en) 2014-03-31 2015-10-08 Aclara Technologies Llc Optical voltage sensing for underground medium voltage wires
JP6264209B2 (ja) * 2014-07-01 2018-01-24 富士通株式会社 携帯端末装置、風速を算出する方法およびプログラム
US10203355B2 (en) 2014-08-29 2019-02-12 Aclara Technologies Llc Power extraction for a medium voltage sensor using a capacitive voltage divider
US10197610B2 (en) 2014-12-22 2019-02-05 Ampacimon S.A. Method and system for determining the thermal power line rating
CN104820108A (zh) * 2015-05-18 2015-08-05 中南大学 一种基于空间摆的机械式二维风速风向传感器
BE1023410B1 (fr) * 2016-01-14 2017-03-10 Ampacimon S.A. Procede et systeme pour determiner la capacite thermique d’une ligne haute tension
CN105675914A (zh) * 2016-01-20 2016-06-15 吴桂广 一种高效安全的排烟装置
FR3047083B1 (fr) * 2016-01-21 2018-02-09 Rte Reseau De Transport D’Electricite Systeme et procede de determination dynamique de capacites maximales de transport de courant electrique
CN105740548B (zh) * 2016-02-01 2019-05-24 西安交通大学 一种随机风载荷下输电线路风振计算方法
CN105740549A (zh) * 2016-02-01 2016-07-06 西安交通大学 220kV输电线路塔线耦联体系风振仿真方法
CA2956842A1 (en) * 2016-02-04 2017-08-04 Ampacimon S.A. Method and system for measuring/detecting ice or snow atmospheric accretion on overhead power lines
IL244503B (en) 2016-03-09 2019-12-31 Kereth Yefim Device and method for accurate wind measurement
JP6493267B2 (ja) * 2016-03-25 2019-04-03 東京電力ホールディングス株式会社 風状態判定装置及び飛行体
PL3249766T3 (pl) 2016-05-27 2019-09-30 Ampacimon S.A. Sposób i system do pomiaru/wykrywania osadu atmosferycznego w postaci lodu lub śniegu na napowietrznych liniach elektroenergetycznych
CN106777560B (zh) * 2016-11-29 2020-03-27 深圳供电局有限公司 一种测试输电线路全线风偏角分布状态的方法和系统
FR3080199B1 (fr) 2018-04-13 2020-04-17 Rte Reseau De Transport D'electricite Procede et dispositif de mesure d'une vitesse effective de vent au voisinage d'un objet
CN108645372B (zh) * 2018-06-05 2020-06-19 华南理工大学 一种大跨越输电导线悬挂点动弯应变测量方法
CN109632882B (zh) * 2018-08-21 2021-08-03 华侨大学 一种多自由度的电缆火蔓延测试装置
US11495028B2 (en) * 2018-09-28 2022-11-08 Intel Corporation Obstacle analyzer, vehicle control system, and methods thereof
IT201800011059A1 (it) * 2018-12-13 2020-06-13 C R M Consulenze Ricerche Mecc S R L Sistema di monitoraggio di movimento o vibrazione indotto da vento in almeno un cavo sospeso, in particolare un cavo aereo conduttore di una linea elettrica di trasmissione o distribuzione; relativo metodo e relativo sensore
ES2804576A1 (es) * 2019-08-06 2021-02-08 Univ Cantabria Método para la gestión dinámica de líneas eléctricas aéreas mediante el cálculo distribuido del viento
CN110825051B (zh) * 2019-11-14 2023-02-14 河海大学常州校区 一种基于gap metric的不确定系统的多模型控制方法
CN111443218A (zh) * 2020-05-19 2020-07-24 南京环电科技有限公司 一种输电线路风速监测系统
CN111884259B (zh) * 2020-08-04 2022-08-23 浙江大学 一种考虑系统小干扰稳定特性的场站级风电机组等值方法
CN111896769B (zh) * 2020-08-18 2022-01-25 广东电网有限责任公司 一种架空输电线的等效风速测量方法及相关装置
CN112161882A (zh) * 2020-08-25 2021-01-01 浙江盛洋科技股份有限公司 一种加速抗疲劳电缆测试工艺
CN112242666B (zh) * 2020-09-29 2022-04-19 浙江大有实业有限公司带电作业分公司 一种辐射状结构线路出线电缆更换方法
US11340382B1 (en) * 2020-12-24 2022-05-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Sensor system on a line for measuring atmospheric conditions
EP4075109B1 (en) 2021-04-12 2023-10-25 Ampacimon Sa Method and device for monitoring severity of vibration in overhead power lines
CN113267642B (zh) * 2021-05-25 2022-11-29 海南赛沐科技有限公司 一种全海深海流分布的监测方法及系统
CN113536558A (zh) * 2021-07-05 2021-10-22 南京工业大学 环境风下燃气泄漏喷射火影响高压输电线路温度评估方法
US11953398B2 (en) * 2022-03-10 2024-04-09 Dalian University Of Technology Quasi-static calculation method for lateral unbalanced force of transmission lines
CN115496002B (zh) * 2022-11-16 2023-02-24 国网湖北省电力有限公司信息通信公司 一种多维特征交互的线路动态增容方法、系统及介质
CN115577579B (zh) * 2022-12-12 2023-04-28 安徽送变电工程有限公司 动态弧垂数据拟合方法、系统、设备及存储介质
CN116109210B (zh) * 2023-04-11 2023-06-30 国网浙江省电力有限公司温州供电公司 输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、介质及设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5029101A (en) * 1987-09-18 1991-07-02 Fernandes Roosevelt A High voltage conductor mounted line powered monitoring system
US6441603B1 (en) * 2001-05-03 2002-08-27 Shaw Intellectual Property Holdings, Inc. Overhead line rating monitor

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5140257A (en) 1984-06-22 1992-08-18 Davis Murray W System for rating electric power transmission lines and equipment
US4728887A (en) 1984-06-22 1988-03-01 Davis Murray W System for rating electric power transmission lines and equipment
US5341088A (en) 1984-06-22 1994-08-23 Davis Murray W System for rating electric power transmission lines and equipment
US5559430A (en) 1994-07-27 1996-09-24 Seppa; Tapani O. Net radiation sensor
US5933355A (en) 1995-05-04 1999-08-03 Deb; Anjan Kumar Object oriented expert power line ampacity system
US6205867B1 (en) 1998-10-07 2001-03-27 American Electric Power, Inc. Power line sag monitor
NO318809B1 (no) 2002-10-07 2005-05-09 Protura As Anordning for overvakning av en elektrisk luftstrekk-ledning
RU2222858C1 (ru) 2002-10-31 2004-01-27 Механошин Борис Иосифович Устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи (варианты)
US8184015B2 (en) * 2005-09-16 2012-05-22 Université de Liège Device, system and method for real-time monitoring of overhead power lines
KR100936543B1 (ko) 2007-11-16 2010-01-13 현대중공업 주식회사 송전선로용 모니터링 센서 및 이를 갖는 송전선로용 원격모니터링 설비
WO2010054072A1 (en) 2008-11-06 2010-05-14 Mark Lancaster Real-time power line rating
US10205307B2 (en) * 2010-03-23 2019-02-12 Southwire Company, Llc Power line maintenance monitoring
US8738318B2 (en) 2010-08-02 2014-05-27 Lindsey Manufacturing Company Dynamic electric power line monitoring system
US10228001B2 (en) * 2010-09-22 2019-03-12 Hubbell Incorporated Transmission line measuring device and method for connectivity
US8965698B2 (en) * 2010-12-29 2015-02-24 Nexans Real time thermal line ratings for overhead transmission line
US8725429B2 (en) * 2011-05-27 2014-05-13 Stress Engineering Services, Inc. Fatigue monitoring
US9344151B2 (en) * 2012-11-21 2016-05-17 Facebook, Inc. Power line communication monitor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5029101A (en) * 1987-09-18 1991-07-02 Fernandes Roosevelt A High voltage conductor mounted line powered monitoring system
US6441603B1 (en) * 2001-05-03 2002-08-27 Shaw Intellectual Property Holdings, Inc. Overhead line rating monitor

Also Published As

Publication number Publication date
IL239310B (en) 2018-06-28
US10317570B2 (en) 2019-06-11
US20150268379A1 (en) 2015-09-24
IL239310A0 (en) 2015-07-30
EP2929357A1 (en) 2015-10-14
WO2014090416A1 (en) 2014-06-19
CN104981699A (zh) 2015-10-14
EP2929357B1 (en) 2016-12-07
US20140163884A1 (en) 2014-06-12
WO2014090416A9 (en) 2015-06-18
IN2015DN05979A (zh) 2015-07-31
SI2929357T1 (sl) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104981699B (zh) 用于测量垂直风分量的方法和系统
CN111699359B (zh) 用于功率传输线路监测的系统和方法
CA2956842A1 (en) Method and system for measuring/detecting ice or snow atmospheric accretion on overhead power lines
Thériault et al. Dependence of snow gauge collection efficiency on snowflake characteristics
US20130066600A1 (en) Method and apparatus for real-time line rating of a transmission line
CN107005052A (zh) 用于确定热电力线路额定值的方法和系统
JP5856866B2 (ja) 太陽光発電量推定システム、装置及び方法
CN104390710B (zh) 输电线路导线温度在线检测系统和方法
CN103822737B (zh) 一种光纤bragg光栅输电线路在线监测装置及方法
Lim et al. A self-tunable wind energy harvester utilising a piezoelectric cantilever beam with bluff body under transverse galloping for field deployment
CN105117538B (zh) 一种输电通道舞动预警方法
CN103017828A (zh) 微风振动对输电线路导线疲劳损伤的在线监测系统
CN105928478A (zh) 拟建架空输电线路覆冰监测方法
EP3249766B1 (en) Method and system for measuring/detecting ice or snow atmospheric accretion on overhead power lines
Roberge et al. A new atmospheric icing detector based on thermally heated cylindrical probes for wind turbine applications
Zhao et al. A structural health monitoring system of the overhead transmission line conductor
CN104573192B (zh) 一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法
Godard et al. A vibration-sag-tension-based icing monitoring of overhead lines
CN206269779U (zh) 架空光缆弧垂测量装置
Van Staden et al. The practical comparison of conductor operating temperatures against IEEE and CIGRE ampacity calculations
Rahim et al. Thermal rating monitoring of the TNB overhead transmission line using line ground clearance measurement and weather monitoring techniques
CN114812698B (zh) 防雷监测方法、装置、可读存储介质及电子设备
Torzyk et al. Second-harmonic contactless method for measurement of RMS current using a standard infrared camera
RU2308136C2 (ru) Способ распознавания вида отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи и устройство для его осуществления
Balangó et al. Overview of a new dynamic line rating system, from modelling to measurement

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Belgium Glass hollogne

Applicant after: AMPACIMON S.A.

Address before: Belgium Aung San

Applicant before: AMPACIMON S.A.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant