CN105651410B - 一种实时检测架空线路金具接头发热的方法 - Google Patents
一种实时检测架空线路金具接头发热的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种实时检测架空线路金具接头发热的方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明基于输电线等效阻抗原理，通过交流电阻测试仪获取线路测量交流电阻值，基于热平衡原理，通过环境参数和线路电流实时获取导线温度数据，通过区分三相电流平衡情况，在导线温度‑线路交流电阻平面上直接比较或先进行直线拟合再比较交流电阻值的方式获取各相金具在运行中的接触电阻，依据接触电阻与接头处温升关系，定位发热接头所在相线，并确定接头发热程度。本发明能够在线判断三相架空输电线路的金具接头发热情况，快速准确定位热缺陷故障，分析并反馈热缺陷程度信息，增加了线路运行的可靠性，对于线路在线载流量提升起到辅助决策的作用。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种实时检测架空线路金具接头发热的方法。
背景技术
高压、超高压、特高压输电线路在导线连接时就会在接触面出现接触电阻。接触良好接触电阻就小，对线路影响甚小。若连接不牢或其他原因使接点接触不良，则会导致因接触电阻大而发热，加剧接触面的氧化，使接触电阻不断增大，发热更剧烈、温度不断升高，造成恶性循环，最终将致使连接点金属变色甚至熔化。因此分析导线连接点发热问题，采取有效措施积极预防和消除故障对电网的安全运行具有重大的意义。
通常检测高压架空线路温度都是人工现场测量。人工测量一般是在负荷高峰来临前和负荷高峰期对重点线路进行有针对的测量。在实际运行中，如能够对所有运行线路做到实时监测，第一时间获取导线接点温升情况，及时掌握突发性故障的可能而有效控制缺陷向事故的演变，将具有很好的现实意义。
发明内容
本发明目的是：针对实现实时检测导线连接点发热的问题，提供一种实时检测架空线路金具接头发热的方法。该方法综合环境因素和线路电气及物理参数，不依赖于人工线路巡查，在三相线路电流平衡或不完全平衡情况下均可以进行有效判断，能够快速准确定位热缺陷并判断发热程度，并远传和发出告警信息。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
1)进行架空线路电气量和环境参数的采集，根据所采集的电气量实时计算线路各相的测量交流电阻值Rac，作为线路各相的总交流电阻值，该总交流电阻值包括线路自身的交流电阻和金具的接触电阻；
2)根据所采集的环境参数和电气量实时计算线路各相的导线温度和当前温度下正常金具接触电阻Rj，设A、B和C相的导线温度分别为TA、TB和TC；
计算正常金具接触电阻的公式为：
上述式中，Rj0为0℃时的金具接触电阻，α为金属的电阻温度系数，t为金具工作时的环境温度；
然后，判断线路各相的导线温度是否相同，如相同则采用直接比较法计算各相各自金具的接触电阻，否则则采用拟合比较法计算各相各自金具的接触电阻；
所述直接比较法为：认为A、B和C相三相中测量交流电阻值Rac最小的相线中金具未发热，其金具的接触电阻等于Rj，然后分别将其余两相的测量交流电阻值Rac与金具未发热的那相的交流电阻值Rac作差；再将差值与Rj作和，得到其余两相的金具的接触电阻值；
所属拟合比较法为：取A、B和C相三相当前时刻的导线温度T1x(x＝A,B,C)和对应线路的测量交流电阻值Rac1x(x＝A,B,C)作为T-R平面上的一组坐标，另取T1x(x＝A,B,C)中的最小温度值，在该温度值左侧1℃处作为另一组坐标的导线温度值T2，通过历史数据查询得到三相在该温度下的交流电阻测量值Rac2x(x＝A,B,C)，则Rac2x(x＝A,B,C)中的最小值Rac2x_min(x＝A或B或C)为正常相的测量交流电阻值；将该坐标(T2，Rac2x_min)分别与三点坐标(T1x(x＝A,B,C)，Rac1x(x＝A,B,C))进行基于T-R平面两点的线性拟合，并分别求得各拟合直线斜率，其中斜率最小值的拟合直线对应的相在任意时刻均认为是正常相，在该拟合直线上可得到在T1x(x＝A,B,C)处对应的拟合交流电阻值R′ac1x(x＝A,B,C)；将A、B和C相三相的测量交流电阻值Rac1x(x＝A,B,C)与拟合值拟合交流电阻值R′ac1x(x＝A,B,C)的偏差加上对应温度下正常金具接触电阻，得到各相的金具的接触电阻值；
3)根据各相的金具的接触电阻值代入以下公式计算各相的金具接头温升和金具的实际温度：
Tf＝τ+T-273.15
上述式中，τ为金具接头温升，I为各相的线路电流，R为金具的接触电阻值，L为洛伦兹常数，值为2.44×10-8，T为环境温度的绝对温度值，单位为K，Tf为金具的实际温度；
4)根据下式计算各相的金具接头温升幅度：
上述式中，Rr为步骤2)得到的各相的金具的接触电阻值；
根据各相的金具接头温升幅度所处区间不同，将金具接头热缺陷等级分为：一般热缺陷、重大热缺陷、危急热缺陷，对于危急热缺陷以及金具的实际温度大于架空线温度运行极限的情况，立即采取措施处理。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤1)中，采用π型等值电路计算线路各相的总交流电阻值。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤4)中，缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差10℃～20℃为一般热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差20℃～40℃为重大热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差≥40℃为危急热缺陷。
本发明的有益效果如下：本发明将线路载流量提升技术和交流电阻的概念运用到判断金具接触电阻的变化中，通过实时采集线路数据和环境参数，在线判断三相架空输电线路的金具接头发热情况，一方面能够快速准确定位和判断热缺陷故障并反馈信息，避免了人工线路巡查工作，改变了单纯从红外测温仪确定接头温度的现状，另一方面，实时的金具发热情况信息对于线路在线载流量提升起到辅助决策的作用。本发明能够在线判断三相架空输电线路的金具接头发热情况，增加了线路运行的可靠性。
附图说明
图1是均匀传输线的线的π形等值电路图。
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例1，用于实时检测架空线路金具接头发热的状况。首先需要获得环境气象参数和线路基本参数作为计算的输入。考虑到要保证环境因素的一致性，因此本实施例选取在1km范围内线路含1～2个耐张金具的运行线路进行实施，对于运行电压等级没有明确限制其范围。当三相电流不平衡时，零序电流限值一般设定为10％In(In为线路额定电流)。
导线温度的计算方法涉及到多种环境参数的确定，包括辐射散热系数、导线表面吸热系数、垂直于导线的风速、日照强度、环境温度等。其中垂直于导线的风速、日照强度和环境温度可由安装于导线附近的气象仪实时获取。在本实施例中，辐射散热系数和导线表面吸热系数一般分别保守取为0.6和0.5。金具在0℃的接触电阻一般由厂家提供，或直接由交流电阻测试仪在相同环境条件下测得，一般取值为(13.5～14.5)μΩ。
本发明的具体步骤如图2所示，具体为：
步骤1：进行架空线路电气量和环境参数的采集，根据所采集的电气量实时计算线路各相的测量交流电阻值Rac，作为线路各相的总交流电阻值，该总交流电阻值包括线路自身的交流电阻和金具的接触电阻。
在电力系统的分析计算中，架空导线通常采用π型等值电路，如图1所示。根据电路的基本规律，可以列出电流方程及电压方程根据这两个方程得到线路阻抗的表达式：
根据线路阻抗的表达式可知，如果已知线路两端的电压电流便可计算出阻抗，再将阻抗分解为实部和虚部，其实部便可认为是线路的电阻。
实际中，利用交流电阻测试仪同步测量线路两端的电压、电流和相位，即可实时计算得到的测量交流电阻值Rac(包括线路自身的交流电阻和金具的接触电阻)。实际运行效果表明，相同的导线温度下，导线线路自身的交流电阻(不含金具的接触电阻)保持不变，即导线温度与导线交流电阻存在一一对应关系。
步骤2：根据所采集的环境参数和电气量实时计算线路各相的导线温度和当前温度下正常金具接触电阻Rj，设A、B和C相的导线温度分别为TA、TB和TC。
计算正常金具接触电阻的公式为：
上述式中，Rj0为0℃时的金具接触电阻，α为金属的电阻温度系数(1/℃)，随温度升高有缓慢增加，一般取为4.0×10-3～4.2×10-3。本实施例将导线从0℃～70℃内做线性处理，得到式子α＝(t×10)-4/35+4.0×10-3。t为金具工作时的环境温度(℃)。
然后，判断三相电流是否平衡，即线路各相的导线温度是否相同，如导线温度相同(三相完全平衡)则采用直接比较法计算各相各自金具的接触电阻，否则则采用拟合比较法计算各相各自金具的接触电阻，具体如下：
(Ⅰ)三相完全平衡，不存在零序电流的情况，采用直接比较法。由于三相所处环境因素相同，正常运行状况下，三相导线线路自身的交流电阻一致。若金具存在热缺陷，线路各相的总交流电阻值的电阻值变化表现为三相测量交流电阻值Rac的不同。此时采取如下方法进行判别：
认为三相中Rac值最小的相线中金具未发热，为标准正常值，依据公式求得正常的金具接触电阻。同时，将三相的Rac值与最小的Rac值作差。再将该差值与正常金具电阻作和，即得到三相中各自金具的接触电阻值。
(Ⅱ)当三相不平衡，存在零序电流的情况，采用拟合比较法。由于三相所处环境因素相同，因此可认为导线电流的差异造成了导线温度的不同。在认为不会发生三相金具同时热缺陷(即至少有一相金具接触电阻正常)的情况下，采取如下方法进行判别：
取三相当前时刻的导线温度T1x(x＝A,B,C)和对应线路(包含金具)的交流电阻测量值Rac1x(x＝A,B,C)作为T-R平面上的一组坐标。另取T1x(x＝A,B,C)中的最小温度值，在该温度值左侧(1℃)处作为另一组坐标的导线温度值T2。由于该温度为各相导线温升过程中须经历的温度，因此通过历史数据查询容易得到三相在该温度下的交流电阻测量值Rac2x(x＝A,B,C)。基于至少一相金具未发热的假设，则Rac2x(x＝A,B,C)中的最小值Rac2x_min(x＝A或B或C)为正常相的交流电阻值。将该坐标(T2，Rac2x_min)分别与三点坐标(T1x(x＝A,B,C)，Rac1x(x＝A,B,C))进行基于平面两点的线性拟合。
在此基础上可分别求得各拟合直线斜率，其中斜率最小值的拟合直线对应的相在任意时刻均可认为是正常相。在该拟合直线上可得到在T1x(x＝A,B,C)处对应的拟合交流电阻值R′ac1x(x＝A,B,C)。将实测交流电阻值Rac1x与拟合值R′ac1x的偏差加上对应温度下正常运行接触电阻值，即为该相的金具接触电阻；以上计算过程在实际运行中在线进行，可实时获取三相线路中金具的接触电阻值。
步骤3：根据各相的金具的接触电阻值代入以下公式计算各相的金具接头温升和金具的实际温度：
Tf＝τ+T-273.15
上述式中，τ为金具接头温升(℃)；I为线路电流(A)；R为接触电阻值(Ω)；L为洛伦兹常数(2.44×10-8(V2/K2))；T为环境温度的绝对温度值(K)，Tf为金具的实际温度。
步骤4：根据下式计算各相的金具接头温升幅度：
上述式中，Rr为步骤2)得到的各相的金具的接触电阻值。
根据各相的金具接头温升幅度所处区间不同，将金具接头热缺陷等级分为：一般热缺陷、重大热缺陷、危急热缺陷。
我国将金具接头热缺陷等级分为三级：缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差10℃～20℃为一般热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差20℃～40℃为重大热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差≥40℃为危急热缺陷，需要立即采取措施消除隐患。另外结合当前运行实际，对于金具接头温度大于规程规定的架空线温度运行极限(70℃)的情况，无论其热缺陷严重程度，都应立即采取相应措施处理。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (3)
1.一种实时检测架空线路金具接头发热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)进行架空线路电气量和环境参数的采集，根据所采集的电气量实时计算线路各相的测量交流电阻值Rac，作为线路各相的总交流电阻值，该总交流电阻值包括线路自身的交流电阻和金具的接触电阻；
2)根据所采集的环境参数和电气量实时计算线路各相的导线温度和当前温度下正常金具接触电阻Rj，设A、B和C相的导线温度分别为TA、TB和TC；
计算正常金具接触电阻的公式为：
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</mrow>
</mrow>
上述式中，Rj0为0℃时的金具接触电阻，α为金属的电阻温度系数，t为金具工作时的环境温度；
然后，判断线路各相的导线温度是否相同，如相同则采用直接比较法计算各相各自金具的接触电阻，否则则采用拟合比较法计算各相各自金具的接触电阻；
所述直接比较法为：认为A、B和C相三相中测量交流电阻值Rac最小的相线中金具未发热，其金具的接触电阻等于Rj，然后分别将其余两相的测量交流电阻值Rac与金具未发热的那相的测量交流电阻值Rac作差；再将差值与Rj作和，得到其余两相的金具的接触电阻值；
所属拟合比较法为：取A、B和C相三相当前时刻的导线温度T1x(x＝A,B,C)和对应线路的测量交流电阻值Rac1x(x＝A,B,C)作为T-R平面上的一组坐标，另取T1x(x＝A,B,C)中的最小温度值，在该温度值左侧1℃处作为另一组坐标的导线温度值T2，通过历史数据查询得到三相在该温度下的交流电阻测量值Rac2x(x＝A,B,C)，则Rac2x(x＝A,B,C)中的最小值Rac2x_min(x＝A或B或C)为正常相的测量交流电阻值；将该坐标(T2，Rac2x_min)分别与三点坐标(T1x(x＝A,B,C)，Rac1x(x＝A,B,C))进行基于T-R平面两点的线性拟合，并分别求得各拟合直线斜率，其中斜率最小值的拟合直线对应的相在任意时刻均认为是正常相，在该拟合直线上可得到在T1x(x＝A,B,C)处对应的拟合交流电阻值R′ac1x(x＝A,B,C)；将A、B和C相三相的测量交流电阻值Rac1x(x＝A,B,C)与拟合值拟合交流电阻值R′ac1x(x＝A,B,C)的偏差加上对应温度下正常金具接触电阻，得到各相的金具的接触电阻值；
3)根据各相的金具的接触电阻值代入以下公式计算各相的金具接头温升和金具的实际温度：
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</mrow>
Tf＝τ+T-273.15
上述式中，τ为金具接头温升，I为各相的线路电流，R为金具的接触电阻值，L为洛伦兹常数，值为2.44×10-8，T为环境温度的绝对温度值，单位为K，Tf为金具的实际温度；
4)根据下式计算各相的金具接头温升幅度：
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>t</mi>
<mo>=</mo>
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</mrow>
上述式中，Rr为步骤2)得到的各相的金具的接触电阻值；
根据各相的金具接头温升幅度所处区间不同，将金具接头热缺陷等级分为：一般热缺陷、重大热缺陷、危急热缺陷，对于危急热缺陷以及金具的实际温度大于架空线温度运行极限的情况，立即采取措施处理。
2.根据权利要求1所述的实时检测架空线路金具接头发热的方法，其特征在于：所述步骤1)中，采用π型等值电路计算线路各相的总交流电阻值。
3.根据权利要求1所述的实时检测架空线路金具接头发热的方法，其特征在于：所述步骤4)中，缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差10℃～20℃为一般热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差20℃～40℃为重大热缺陷；缺陷相线接头与正常运行时相线接头温差≥40℃为危急热缺陷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |