CN105004949A

CN105004949A - 一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法和测试装置

Info

Publication number: CN105004949A
Application number: CN201510392146.XA
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 黎李广
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: CN105004949B

Abstract

本发明公开了一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法和测试装置，该方法是：测量耐张线夹表面各测温点的温度分布、环境温度、线夹两端电压、载流量；建立一热路模型，计算所述热路模型中各个铝的热阻和空气热阻的阻值，进而得到每个铝的热阻传导的发热功率和每个空气热阻散失的发热功率，再根据载流量、传导的发热功率、散失的发热功率计算在线运行时耐张线夹各部分的运行电阻；根据所述热路模型，通过已知的运行电阻和环境温度计算出在不同载流量的情况下各测温点的温度，以架空导线不超过70℃和耐张线夹不超过80℃为约束条件，计算出该耐张线夹最大的允许载流量。本发明具有操作简单，测量准确的优点。

Description

一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法和测试装置

技术领域

本发明涉及耐张线夹研究领域，特别涉及一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法和测试装置。

背景技术

传统的耐张线夹最大载流量都是利用发热和散热的热平衡法推导出来的。这种方法受环境影响大，需要测量的数据很多，如环境温度、风速、日照强度、表面状态海拔高度等，还要根据当时的环境温度查出对应的空气的传热系数和动态黏度等。传统的热平衡法需要考虑的因素太多，计算也相当繁琐，不利于工作人员巡线、检修等。而且耐张线夹的形状不规则，利用热平衡法计算会造成很大的误差。还有其他的诸如模拟热核法、有限元法、有限差分法等，由于缺少线夹在线运行的参数(如线夹电阻)，很难准确得到在线运行耐张线夹的最大允许的载流量。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，该方法根据传热学理论构建了包括耐张线夹表面温度分布、环境温度、载流量、空气热阻、铝的热阻、电流流过各部分电阻的产热功率等参数的耐张线夹三维热路模型，通过该模型可以准确得到在线运行耐张线夹最大允许的载流量。

本发明的一个目的在于提供一种用于实现上述测试方法的测试装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，包括步骤：

(1)测量耐张线夹表面各测温点的温度分布、环境温度、线夹两端电压、载流量；

(2)建立一热路模型，在该热路模型中，各个测温点之间视为存在一铝的热阻，同时各个测温点之间还视为并联一空气热阻；每个测温点上各有一个热源，作为热路模型的热源；

(3)计算所述热路模型中各个铝的热阻和空气热阻的阻值，进而得到每个铝的热阻传导的发热功率和每个空气热阻散失的发热功率，再根据载流量、传导的发热功率、散失的发热功率计算在线运行时耐张线夹各部分的运行电阻的阻值；

(4)根据所述热路模型，通过已知的运行电阻和环境温度计算出在不同载流量的情况下各测温点的温度，以架空导线不超过70℃和耐张线夹不超过80℃为约束条件，计算出该耐张线夹最大的允许载流量。

优选的，所述步骤(1)中，耐张线夹分为三段，分别为第一耐张管、引流板、第二耐张管，在线测量耐张线夹表面的温度分布时，选取五个测温点，第一个测温点在距离耐张线夹输入端l₁(例如10cm)处的架空线处，第二个测温点在第一耐张管上，第三个测温点在引流板上，第四个测温点在第二耐张管上，第五个测温点在距离耐张线夹输出端l₅(例如10cm)处的架空线处。

更进一步的，所述第二个测温点在第一耐张管靠近耐张线夹输入端的一端，第三个测温点在引流板的中间位置，第四个测温点在第二耐张管靠近耐张线夹输出端的一端。

更进一步的，所述步骤(2)中，建立的热路模型如下：

所述五个测温点分别为S1、S2、S3、S4、S5，5个测温点分别对应有5个空气热阻R_E1、R_E2、R_E3、R_E4、R_E5，S1、S2之间串联铝的热阻R₁，S2、S3之间串联铝的热阻R₂，S3、S4之间串联铝的热阻R₃，S4、S5之间串联铝的热阻R₄；两两测温点之间通过铝的热阻传导发热功率，分别记为Q₂、Q₄、Q₆、Q₈；各测温点通过空气热阻散失发热功率，分别记为Q₁、Q₃、Q₅、Q₇、Q₉；各测温点都分别有一个电阻发热功率作为热源，分别记为Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄、Qs₅。

优选的，所述步骤(3)中，计算所述热路模型中各个铝的热阻的阻值的公式如下：

R_{1} = \frac{l_{1}}{k \times π \times r_{1}^{2}};

R_{2} = \frac{l_{2} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}};

R_{3} = \frac{l_{4} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}};

R_{4} = \frac{l_{5}}{k \times π \times r_{1}^{2}};

其中，l₂、l₃、l₄分别为第一耐张管、引流板、第二耐张管的长度，k为铝的热导率，r₁为架空线半径，r₂为耐张管的半径；

计算所述热路模型中各个空气热阻的阻值的公式如下：

其中，指总的空气热阻，T₀为环境温度，T₁、T₂、T₃、T₄、T₅分别为五个测温点测得的温度值，U为线夹两端电压，I表示载流量；

然后，通过空气热阻散失的发热功率Q₁、Q₃、Q₅、Q₇、Q₉，通过铝的热阻传导的发热功率Q₂、Q₄、Q₆、Q₈，计算公式如下：

Q_{1} = \frac{T_{1} - T_{0}}{R_{E 1}};

Q_{2} = \frac{T_{2} - T_{1}}{R_{1}};

Q_{3} = \frac{T_{2} - T_{0}}{R_{E 2}};

Q_{4} = \frac{T_{3} - T_{2}}{R_{2}};

Q_{5} = \frac{T_{3} - T_{0}}{R_{E 3}};

Q_{6} = \frac{T_{4} - T_{3}}{R_{3}};

Q_{7} = \frac{T_{4} - T_{0}}{R_{E 4}};

Q_{8} = \frac{T_{5} - T_{4}}{R_{4}};

Q_{9} = \frac{T_{5} - T_{0}}{R_{E 5}};

最后，在线运行时耐张线夹各部分的运行电阻计算公式如下：

本发明将l₁、l₂、l₃、l₄、l₅上的各个分布的空气热阻R_E集中到各个测温点进行计算。

一种用于实现上述测试方法的测试装置，包括红外测温仪、万能表和计算机，所述红外测温仪用于测量耐张线夹表面各测温点的温度、耐张线夹周围环境温度，所述万能表用于测量耐张线夹两端电压；所述红外测温仪、万能表均分别与计算机相连，计算机用于根据上述测试方法计算出当前在线运行的耐张线夹允许的最大载流量。

更进一步的，所述计算机与供电局调度中心相连，用于将耐张线夹允许的最大载流量发送到供电局调度中心，所述供电局调度中心控制高压架空线通过的电流。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明能够通过测量耐张线夹表面的温度分布、环境温度和线夹两端电压来有效地计算耐张线夹的电阻，最后，利用计算出的电阻推算出耐张线夹所允许最大载流量，供电局调度中心可根据此计算值来控制高压架空线通过的电流，从而保证运行安全。具有操作简单，测量准确的优点。

附图说明

图1是本实施例测试装置的结构示意图。

图2是本实施例中热路模型图。

图3是本实施例测试方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试装置包括红外测温仪、万能表和计算机，所述红外测温仪用于测量耐张线夹表面各测温点的温度、耐张线夹周围环境温度，所述万能表用于测量耐张线夹两端电压；所述红外测温仪、万能表均分别与计算机相连，计算机用于计算出当前在线运行的耐张线夹允许的最大载流量。计算机与供电局调度中心相连，将耐张线夹允许的最大载流量发送到供电局调度中心，供电局调度中心根据允许的最大载流量控制高压架空线通过的电流。

本实施例所述的测试方法做了如下假设：

1、引流板、耐张管、长度为10cm长架空导线的电阻分别集中到各测温点；

2、引流板、耐张管和架空线的单位长度铝的传导热阻R相同，单位长度空气热阻R_E也相同；

3、由于太阳辐射影响不大，故将其忽略。

本实施例建立的热路模型参见图2，图中，S1、S2、S3、S4、S5表示五个测温点，每个测温点测得的温度值分别为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅。R_E1、R_E2、R_E3、R_E4、R_E5为5个测温点分别对应的空气热阻，通过上述空气热阻散失的发热功率分别为Q₁、Q₃、Q₅、Q₇、Q₉。R₁、R₂、R₃、R₄为铝的热阻，通过上述铝的热阻传导的发热功率，分别记为Q₂、Q₄、Q₆、Q₈。Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄、Qs₅是线夹各部分l₁、l₂、l₃、l₄、l₅的电阻的发热功率，作为热路模型的热源。

热路的方程式如下：

Q_{1} = \frac{T_{1} - T_{0}}{R_{E 1}} - - - (1)

Q_{2} = \frac{T_{2} - T_{1}}{R_{1}} - - - (2)

Q_{3} = \frac{T_{2} - T_{0}}{R_{E 2}} - - - (3)

Q_{4} = \frac{T_{3} - T_{2}}{R_{2}} - - - (4)

Q_{5} = \frac{T_{3} - T_{0}}{R_{E 3}} - - - (5)

Q_{6} = \frac{T_{4} - T_{3}}{R_{3}} - - - (6)

Q_{7} = \frac{T_{4} - T_{0}}{R_{E 4}} - - - (7)

Q_{8} = \frac{T_{5} - T_{4}}{R_{4}} - - - (8)

Q_{9} = \frac{T_{5} - T_{0}}{R_{E 5}} - - - (9)

运行电阻的计算：

热阻的计算：

R_{1} = \frac{l_{1}}{k \times π \times r_{1}^{2}} - - - (22)

R_{2} = \frac{l_{2} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}} - - - (23)

R_{3} = \frac{l_{4} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}} - - - (24)

R_{4} = \frac{l_{5}}{k \times π \times r_{1}^{2}} - - - (25)

其中：k为铝的热导率，r₁为架空线半径，r₂为耐张管的半径。因此，只要测出各测温点温度T、环境温度T₀和载流量I和线夹两端电压U，即可求出各测温点的运行电阻。

利用上述模型进行测试的方法，参见图3，步骤如下：

1、对当前在线运行的耐张线夹进行信息采集，采集的信息包括：耐张线夹表面各测温点的温度分布、环境温度、线夹两端电压、载流量。

2、根据图2所示的热路模型计算出铝的热阻和空气热阻，继而计算得到各部分的运行电阻。

3、根据上述已经计算出来的运行电阻，再次代入热路模型，再根据环境温度计算出在不同载流量的情况下各测温点的温度。

4、根据各测温点的温度，以架空导线不超过70℃和耐张线夹不超过80℃为约束条件，计算出该耐张线夹最大的允许载流量。

本实施例是选取了5个测温点建立的热路模型，在实际应用中，可根据需要设立多个测温点，根据不同测温点，只要适当更改所述热路模型即可，其测试方法与本发明中的相同。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中，耐张线夹分为三段，分别为第一耐张管、引流板、第二耐张管，在线测量耐张线夹表面的温度分布时，选取五个测温点，第一个测温点在距离耐张线夹输入端l₁处的架空线处，第二个测温点在第一耐张管上，第三个测温点在引流板上，第四个测温点在第二耐张管上，第五个测温点在距离耐张线夹输出端l₅处的架空线处。

3.根据权利要求2所述的在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，其特征在于，所述第二个测温点在第一耐张管靠近耐张线夹输入端的一端，第三个测温点在引流板的中间位置，第四个测温点在第二耐张管靠近耐张线夹输出端的一端。

4.根据权利要求3所述的在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，其特征在于，所述步骤(2)中，建立的热路模型如下：

5.根据权利要求4所述的在线运行耐张线夹最大载流量的测试方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算所述热路模型中各个铝的热阻的阻值的公式如下：

R_{1} = \frac{l_{1}}{k \times π \times r_{1}^{2}};

R_{2} = \frac{l_{2} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}};

R_{3} = \frac{l_{4} + \frac{l_{3}}{2}}{k \times π \times r_{2}^{2}};

R_{4} = \frac{l_{5}}{k \times π \times r_{1}^{2}};

计算所述热路模型中各个空气热阻的阻值的公式如下：

Q_{1} = \frac{T_{1} - T_{0}}{R_{E 1}};

Q_{2} = \frac{T_{2} - T_{1}}{R_{1}};

Q_{3} = \frac{T_{2} - T_{0}}{R_{E 2}};

Q_{4} = \frac{T_{3} - T_{2}}{R_{2}};

Q_{5} = \frac{T_{3} - T_{0}}{R_{E 3}};

Q_{6} = \frac{T_{4} - T_{3}}{R_{3}};

Q_{7} = \frac{T_{4} - T_{0}}{R_{E 4}};

Q_{8} = \frac{T_{5} - T_{4}}{R_{4}};

Q_{9} = \frac{T_{5} - T_{0}}{R_{E 5}};

6.一种用于实现权利要求1-5任一项所述测试方法的测试装置，其特征在于，包括红外测温仪、万能表和计算机，所述红外测温仪用于测量耐张线夹表面各测温点的温度、耐张线夹周围环境温度，所述万能表用于测量耐张线夹两端电压；所述红外测温仪、万能表均分别与计算机相连，计算机用于根据上述测试方法计算出当前在线运行的耐张线夹允许的最大载流量。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述计算机与供电局调度中心相连，用于将耐张线夹允许的最大载流量发送到供电局调度中心，所述供电局调度中心控制高压架空线通过的电流。