CN105096720A - 一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置及其检测方法，所述装置包括人工气候室、设置在所述人工气候室内的鼓风阵列和导线支架；所述导线支架上设有导线和数据采集装置且导线上方设有喷淋装置；所述鼓风阵列通过管道与鼓风机相连；所述检测方法为根据不同试验工况先制冷、后喷雾鼓风的顺序进行试验，并采集覆冰重量，通过数据处理得出不同线径对覆冰影响的关系曲线。本发明的技术方案为确定输电线路设计冰厚提供依据和指导。

Description

一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置及其检测方法

技术领域：

本发明涉及一种检测导线对其冰覆影响的装置与方法，更具体涉及一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置及其检测方法。

背景技术：

目前，在电气工程中合理地确定输电线路的冰层厚度是线路设计工作中必须考虑的问题，考虑周全与否直接关系到线路的抗冰负荷能力和投资。大量电网实际运行经验得知,破坏架空线荷载的主要因素是覆冰和大风,而覆冰是自然荷载中最具破坏力的因素,严重时可导致部分杆塔和导地线倒塔断线。影响导线覆冰的气象因素主要有4种,即空气温度、风速风向、空气中或云中过冷却水滴直径、空气中液态水含量。这4种因素的不同组合直接决定了导线覆冰类型。

因此，设计确定冰厚一般基于相关地理位置的覆冰数据。而在调查冰厚中的各种覆冰物的直径并不相同：气象部门在采集覆冰厚度时，观冰架的导线直径一般是4mm和26.8mm两种。因此，在利用各种覆冰数据时，需要将不同直径物体上的覆冰转换为诸如26.8mm特定直径的覆冰。但是，导线直径对覆冰厚度的影响并未形成统一的认识。因此，需要提供一种检测导线直径对覆冰厚度的影响的装置与其检测方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置及其检测方法，本发明的技术方案为确定输电线路设计冰厚提供依据和指导。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，所述装置包括人工气候室、设置在所述人工气候室内的喷淋架、设置在喷淋架下方的所述导线支架、设置在所述导线支架一侧的鼓风阵列和通过管道与鼓风阵列相连的鼓风机；所述导线支架上设有与所述导线连接的数据采集装置。

本发明提供的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，所述人工气候室包括控制室、空气处理室和密闭的环境实验室；所述控制室内装有调节器和巡测器。

本发明提供的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，所述导线支架包括竖直设置在所述环境实验室内的两个杆体和依次交错相互对称垂直设置在所述两个杆体上的导线支撑杆。

本发明提供的另一优选的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，所述导线支撑杆长度在从所述杆体底端至顶端的方向上依次递减；同侧所述相邻的导线支撑杆长度差至少为其下方所述导线支撑架上放置的导线的直径长度。

本发明提供的再一优选的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置，所述鼓风阵列通过所述鼓风机功率和试验所需工况的风速确定；所述鼓风阵列中每个出风口的大小和方向都可调整并通过调整出风口与导线的距离调整风速。

本发明提供的又一优选的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置，所述喷淋架包括设置在所述导线支架上的导线上方的50cm处且与所述环境实验室连接的的喷雾嘴、设置在所述环境实验室外的水泵和储水箱；所述喷雾嘴通过水泵进行喷雾和调节喷雾压力与水流量；通过更换不同直径的所述喷雾嘴喷出雾滴直径范围为5-500微米。

本发明提供的又一优选的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置，所述数据采集装置包括设置在所述导线支架上与所述导线连接的称重传感器和设置在所述环境试验室外的重力显示仪表，所述称重传感器通过重力显示仪表显示测量数据；

所述称重传感器包括椭圆形底座、设置在所述传感器底座的两端对称分布的上压块与下压块；在所述上下压块间的传感器底座中心处设有振动弦，所述振动弦放置在通过其两端下方设有垂直所述传感器底座的对称分布的凸起的张力臂；所述振动弦的上下两侧设置对应分布的两对磁极块，所述磁极块通过磁极块安装座安装在传感器底座上；所述振动弦上设有用于检测振动弦温度的温度传感器，所述振动弦的两端分别与放大器的输入端相连。

本发明提供的一种包含上述技术方案的测导线直径对覆冰厚度影响的装置的检测方法，所述方法按照雨凇、雾凇和混合凇分别选择工况进行覆冰试验，其试验方法包括以下步骤：

(1)将被测导线按照直径由小到大依次交错设置在所述导线支撑杆上；

(2)封闭所述环境实验室并开始对其制冷；待所述环境实验室温度降到所需温度后进行喷雾并打开鼓风阵列；

(3)采集数据；

(4)数据处理并拟合曲线。

本发明提供的又一优选的一种检测方法，所述步骤(1)中被测试的所述导线的直径为若干不同型号，其中直径为国内气象部门观测的导线为必选导线；所述步骤(3)中，每10min记录一次试验数据；所述步骤(4)通过下式(1)确定标准冰厚b0：

$b_0=\sqrt{\frac{G}{0.9\mathrm{\πL}}+r^2}-r---\left(1\right)$

其中，r为导线半径、单位为mm；π为圆周率；L为覆冰体长度，单位为m；G为冰重，单位为g。

本发明提供的又一优选的一种检测方法，所述步骤(4)中通过下式(2)确定测试导线直径对覆冰厚度影响：

K_φ=1-aln(φ/φ₀)(2)

其中，其中a为待定系数；φ₀为基准导线直径，取值为国内气象部门观测的导线的直径；φ为被测导线直径，K_φ为线径订正系数，是被测导线和基准导线在同等气象条件下标准冰厚的比值；

利用麦夸特法拟合对数形式的订正公式中的系数K_φ并确定雨凇、雾凇和混合凇的K_φ值。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明中针对不同的状况将雾凇、雨凇和混合凇覆冰分别处理，得出不同覆冰类型的线径处理方法；

2、本发明中将鼓风机放置于人工气候室外部，避免温度过低、湿度过大影响鼓风效果；

3、本发明中将不同直径类型的导线按照锥形排列，避免上方导线上滑落的过冷却水滴落至下方导线，对下方导线的覆冰量产生影响；

4、本发明为确定输电线路设计冰厚提供依据和指导；

5、本发明中为线路的抗冰负荷能力和投资奠定了基础；

6、本发明针对不同覆冰类型分别进行数据拟合处理，既适合于人工气候室内采集的覆冰数据，也适合自然环境下采集的覆冰数据，其中自然环境包括气象部门的气象台站、电力部门的观冰站和观冰点等。

附图说明

图1为本发明的试验装置结构示意图；

图2为本发明的导线和导线支架结构立体图；

图3为本发明的导线和导线支架结构正面图；

图4为本发明的鼓风阵列示意图；

其中，1-环境实验室，2-喷淋架，3-导线支架，4-鼓风阵列，5-鼓风机。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-4所示，本例的发明测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置包括人工气候室、设置在所述人工气候室内的喷淋架2、设置在喷淋架2下方的所述导线支架3、设置在所述导线支架3一侧的鼓风阵列4和通过管道与鼓风阵列4相连的的鼓风机5；所述导线支架3上设有与所述导线连接的数据采集装置。

所述人工气候室包括控制室、空气处理室和密闭的环境实验室1；所述控制室内装有调节器和巡测器。所述调节器指示所需要的各种环境因素的正定值，并根据巡测器连续不断地检测环境实验室的实际值与正定值之间的偏差，自动发出动作信号分别传递给各种执行机构(如热源、冷源、光源、气体成分控制系统)进行动作；所述空气处理室内装有空气过滤器、热源、冷源、除湿器、加湿器等设备,这些设备按控制室内调节器的指令动作；所述环境实验室内装有电光源和监测光、温度、湿度、气体成分等因素的感应元件，并与所述巡测器相连接，将各感应到的实际值传给巡测器转到控制室的调节器上进行偏差识别。

所述导线支架3为相互平行设置的垂直于所述环境实验室底面的两个杆体，所述两个杆体上依次交错设有相互对称且垂直于所述杆体轴线的导线支撑杆；所述导线支撑杆为尾端设有用于固定所述导线的挡板；所述杆体呈锥形。

所述导线支撑杆长度在从所述杆体底端至顶端的方向上依次递减；同侧所述相邻的导线支撑杆长度差至少为其下方所述导线支撑架上放置的导线的直径长度。所述导线按照直径由小到大依次从上到下交错设置在所述导线支撑杆上。

被测试的所述导线的直径为若干不同型号，其中直径为国内气象部门观测的导线为必选导线。

所述喷淋架2包括设置在所述导线支架3上的导线上方的50cm处且与所述环境实验室1连接的喷雾嘴、设置在所述环境实验1室外的水泵和储水箱；所述喷雾嘴通过水泵进行喷雾和调节喷雾压力与水流量；通过更换不同直径的所述喷雾嘴喷出雾滴直径范围为5-500微米。

所述鼓风阵列4通过所述鼓风机5功率和试验所需工况的风速确定；所述鼓风阵列4中每个出风口的大小和方向都可调整并通过调整出风口与导线的距离调整风速，使风速到达导线处时控制在0-10m/s。

所述数据采集装置包括设置在所述导线支架上与所述导线连接的称重传感器和设置在所述环境试验室外的重力显示仪表，所述称重传感器通过重力显示仪表显示测量数据；

所述称重传感器包括椭圆形底座、设置在所述传感器底座的两端对称分布的上压块与下压块；在所述上下压块间的传感器底座中心处设有振动弦，所述振动弦放置在通过其两端下方设有垂直所述传感器底座的对称分布的凸起的张力臂；所述振动弦的上下两侧设置对应分布的两对磁极块，所述磁极块通过磁极块安装座安装在传感器底座上；所述振动弦上设有用于检测振动弦温度的温度传感器，所述振动弦的两端分别与放大器的输入端相连。

所述传感器应该精度高，线性度好，能够在低温和潮湿环境中工作。传感器的重量显示仪表应具有显示和控制功能，带有数字滤波功能，可以减小传感器的线性误差，有效提高系统的测量控制精度。另外，显示仪表有测量清零、去皮功能，能够准确测量出导线上的覆冰重量。

不同的覆冰类型的标准冰厚受线径影响的程度大小不同。因此，根据雨凇、雾凇和混合凇的形成气象条件，确定不同试验工况，分别采集相应的覆冰数据。实际试验时，可选用下表所示工况。

表1试验工况

包含上述技术方案的所述的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置的试验方法按照雨凇、雾凇和混合凇分别选择工况进行覆冰试验，其试验方法包括以下步骤：

(1)将被测导线按照直径由小到大依次交错设置在所述导线支撑杆上；

(2)封闭所述环境实验室并开始对其制冷；待所述环境实验室温度降到所需温度后进行喷雾并打开鼓风阵列；

(3)采集数据；

(4)数据处理并拟合曲线。

所述步骤(1)中被测试的所述导线的直径为若干不同型号，其中直径为国内气象部门观测的导线为必选导线；所述步骤(3)中，每10min记录一次试验数据；所述步骤(4)通过下式(1)确定标准冰厚b₀：

$b_0=\sqrt{\frac{G}{0.9\mathrm{\πL}}+r^2}-r---\left(1\right)$

其中，r为导线半径、单位为mm；π为圆周率；L为覆冰体长度，单位为m；G为冰重，单位为g。

所述步骤(4)中通过下式(2)进行数据拟合确定测试导线直径对覆冰厚度影响：

K_φ=1-aln(φ/φ₀)(2)

其中，其中a为待定系数；φ₀为基准导线直径，取值为国内气象部门观测的导线的直径；φ为被测导线直径，K_φ为线径订正系数，是被测导线和基准导线在同等气象条件下标准冰厚的比值；利用麦夸特法拟合对数形式的订正公式中的系数K_φ并确定雨凇、雾凇和混合凇的K_φ值。麦夸特法是一种利用梯度求最大(小)值的算法，同时具有梯度法和牛顿法的优点。故基于整理出的不同覆冰类型的标准冰厚数值，利用麦夸特法拟合对数形式的订正公式中的系数K_φ。最终，分别得出雨凇、雾凇和混合凇的K_φ值。

本实施例中，被测导线为6组，其直径分别为导线直径分别为11.4mm、21.6mm、26.8mm、33.8mm、39.9mm和47.0mm，为便于叙述依次称为1-6号导线。其中，直径为26.8mm的导线为必选导线，以便和目前国内气象部门的观测导线直径统一；鼓风阵列为5*7的鼓风阵列。

导线试品按相关要求布置完成后，关闭人工气候室舱门，开始制冷，待导线表面温度降到所需温度后，安装喷雾嘴至所需位置，开启喷雾水泵，打开鼓风阵列，将称重显示仪表归零，开始计时，每10min记录一次试验数据。待导线表面冰厚到达设定冰厚后停止试验。试验数据如表2所示。

表2某种工况的覆冰重量(单位kg)

表3某种工况的标准冰厚(mm)

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，其特征在于：所述装置包括人工气候室、设置在所述人工气候室内的喷淋架、设置在喷淋架下方的所述导线支架、设置在所述导线支架一侧的鼓风阵列和通过管道与鼓风阵列相连的鼓风机；所述导线支架上设有与所述导线连接的数据采集装置。

2.如权利要求1所述的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，其特征在于：所述人工气候室包括控制室、空气处理室和密闭的环境实验室；所述控制室内装有调节器和巡测器。

3.如权利要求2所述的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，其特征在于：所述导线支架包括竖直设置在所述环境实验室内的两个杆体和依次交错相互对称垂直设置在所述两个杆体上的导线支撑杆。

4.如权利要求3所述的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，其特征在于：所述导线支撑杆长度在从所述杆体底端至顶端的方向上依次递减；同侧所述相邻的导线支撑杆长度差至少为其下方所述导线支撑架上放置的导线的直径长度。

5.如权利要求4所述的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置，其特征在于：所述鼓风阵列通过所述鼓风机功率和试验所需工况的风速确定；所述鼓风阵列中每个出风口的大小和方向都可调整并通过调整出风口与导线的距离调整风速。

6.如权利要求2所述的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置，其特征在于：所述喷淋架包括设置在所述导线支架上的导线上方的50cm处且与所述环境实验室连接的的喷雾嘴、设置在所述环境实验室外的水泵和储水箱；所述喷雾嘴通过水泵进行喷雾和调节喷雾压力与水流量；通过更换不同直径的所述喷雾嘴喷出雾滴直径范围为5-500微米。

7.如权利要求2所述的一种测试导线直径对覆冰厚度影响的试验装置，其特征在于：所述数据采集装置包括设置在所述导线支架上与所述导线连接的称重传感器和设置在所述环境试验室外的重力显示仪表，所述称重传感器通过重力显示仪表显示测量数据；

所述称重传感器包括椭圆形底座、设置在所述传感器底座的两端对称分布的上压块与下压块；在所述上下压块间的传感器底座中心处设有振动弦，所述振动弦放置在通过其两端下方设有垂直所述传感器底座的对称分布的凸起的张力臂；所述振动弦的上下两侧设置对应分布的两对磁极块，所述磁极块通过磁极块安装座安装在传感器底座上；所述振动弦上设有用于检测振动弦温度的温度传感器，所述振动弦的两端分别与放大器的输入端相连。

8.如权利要求1-7任意所述的一种检测导线直径对覆冰厚度影响的装置的检测方法，其特征在于：所述方法按照雨凇、雾凇和混合凇分别选择工况进行覆冰试验，其试验方法包括以下步骤：

(1)将被测导线按照直径由小到大依次交错设置在所述导线支撑杆上；

(2)封闭所述环境实验室并开始对其制冷；待所述环境实验室温度降到所需温度后进行喷雾并打开鼓风阵列；

(3)采集数据；

(4)数据处理并拟合曲线。

9.如权利要求8所述的一种检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中被测试的所述导线的直径为若干不同型号，其中直径为国内气象部门观测的导线为必选导线；所述步骤(3)中，每10min记录一次试验数据；所述步骤(4)通过下式(1)确定标准冰厚b₀：

其中，r为导线半径、单位为mm；π为圆周率；L为覆冰体长度，单位为m；G为冰重，单位为g。

10.如权利要求9所述的一种检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中通过下式(2)确定测试导线直径对覆冰厚度影响：

K_φ=1-aln(φ/φ₀)(2)

其中，其中a为待定系数；φ₀为基准导线直径，取值为国内气象部门观测的导线的直径；φ为被测导线直径，K_φ为线径订正系数，是被测导线和基准导线在同等气象条件下标准冰厚的比值；

利用麦夸特法拟合对数形式的订正公式中的系数K_φ并确定雨凇、雾凇和混合凇的K_φ值。