CN106767639A - 一种覆冰工况下的垂直档距取值方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，包括如下步骤：(1)收集待测导线的特性参数和输电线路的基础数据；(2)基于待测导线的特性参数和输电线路的基础数据采用迭代法分别计算得到σ₀₂、σ₀₃；其中，σ₀₂，σ₀₃分别为大号侧导线水平应力和小号侧导线水平应力；(3)计算未知状态温度为t₂，单位为℃，覆冰厚度为b，单位为mm时的垂直档距值I_v。本发明考虑垂直档距在各种气象条件下变化的动态特性，来确定和计算垂直档距，该方法在理论上合理、正确，算法简单，结果精确，方便准确地实现了对覆冰工况下垂直档距的取值，特别适用于电力部门设计、预警、监测的需求。

Description

一种覆冰工况下的垂直档距取值方法

技术领域

本发明涉及输电线路在线监测领域，尤其涉及一种覆冰工况下的垂直档距取值方法。

背景技术

杆塔的垂直档距是该杆塔两侧档内导线最低点之间的水平距离，用于计算导线的垂直荷载(自重、冰重)传递给杆塔的垂直荷载。首先垂直档距用于表示(控制)送电线路上的杆塔使用荷载条件，即承受荷载的使用范围，对于线路设计中金具吨位的确定起着决定作用。其次垂直档距也是覆冰厚度计算模型中的一个重要参量，它的精确度决定了覆冰监测终端监测结果的准确性。现广泛应用的称重法输电线路等值覆冰厚度监测装置核心原理是对垂直档距的导线及绝缘子串垂向总荷载进行定量监测，并通过计算模型得出最终的等值覆冰厚度。在该计算模型中，主要涉及的计算参数包括：大号侧档距及高差、小号侧档距及高差、导线单位长度重量、导线外径、导线计算截面积、导线弹性模量、导线温度线膨胀系数、绝缘子串自重、绝缘子串轴向拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、导线温度等，其中前10个参数为导线及杆塔基础数据，且在输电线路实际运行过程中基本保持不变；后4个数据为测量所得数据。在等值覆冰厚度计算的过程中，需要引入垂直档距参量，这是因为拉力传感器所测得的垂向总荷载为垂直档距内的垂向总荷载。因此，在装置所测得的拉力、倾角及温度数据为正确数据的前提下，垂直档距参量的取值和计算的准确度成为 了决定最终等值覆冰厚度测量准确度的唯一因素。

目前的工程实践过程中，垂直档距参数的获得往往只是由线路运维部门所提供的在线路设计阶段由设计部门所给出的一个常量。但是在实际的输电线路运行过程中，垂直档距参量并不是一成不变的，它会随导线温度、冰荷载、风荷载、导线挂点两侧不平衡张力等的变化而变化。尤其在覆冰工况下实际线路的导线垂直档距主要由两个因素决定：冰荷载和导线温度。因此往往出现在覆冰工况下用垂直档距常量值参与计算得出的覆冰厚度与实测值不相符的问题，从而导致已安装的覆冰预警系统发挥不出应有效果，不能满足实际应用要求。在有局部严重覆冰的线路上，若仍套用一般的垂直档距常量来确定冰厚值，未充分考虑垂直档距的动态变化特性，超过了金具的破坏荷载，则必然会发生冰害事故。采用合理的垂直档距值来确定适宜的设计冰厚能更全面地控制着线路设计的优劣。因此在覆冰工况下，垂直档距的精确取值显得尤为重要。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，该方法根据实时测定的线路导线温度、导线特性参数和线路基础数据，考虑垂直档距在各种气象条件下变化的动态特性，来确定和计算垂直档距，该方法在理论上合理、正确，算法简单，结果精确，方便准确地实现了对覆冰工况下垂直档距的取值，特别适用于电力部门设计、预警、监测的需求。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种覆冰工况下的垂 直档距取值方法，包括如下步骤：

(1)收集待测导线的特性参数和输电线路的基础数据；

(2)基于待测导线的特性参数和输电线路的基础数据采用迭代法分别计算得到σ₀₂、σ₀₃；其中，σ₀₂，σ₀₃分别为大号侧导线水平应力和小号侧导线水平应力；

(3)计算未知状态温度为t₂，单位为℃，覆冰厚度为b，单位为mm时的垂直档距值l_v:

作为优选，所述待测导线的特性参数和输电线路的基础数据如下：m₀，为导线单位长度重量，单位为kg/km；S为导线截面积，单位为mm²；d为导线外径，单位为mm；α为导线温度线膨胀系数，单位为×10^-6 1/℃；E为导线最终弹性系数，单位为N/mm²；h₁、l₁分别为大号侧高差、大号侧档距，单位为m；h₂、l₂分别为小号侧高差、小号侧档距，单位为m；t₁为已知状态下导线温度，单位为℃；σ₁为已知状态导线水平应力，单位为N/mm²；t₂为未知状态下导线温度，单位为℃。

作为优选，所述σ₀₂的计算公式为：

其中：

h₁为大号侧高差，l₁为大号侧档距；

其中，γ为导线自身比载，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²；

γ₁为导线综合比载，即导线自身比载与冰荷载之和，按下式计算得到：单位为N/m·mm²。

作为优选，所述σ₀₃的计算公式为：

其中：

h₂为小号侧高差，l₂为小号侧档距；

其中，γ为导线自身比载，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²；

γ₁为导线综合比载，即导线自身比载与冰荷载之和，按下式计算得到：单位为N/m·mm²。

作为优选，所述垂直档距值l_v的取值受到温度和冰荷载两个因素的共同影响而动态变化。

本发明的有益效果在于：本发明方法通过对动态垂直档距的精确取值，大大提高数据采集的准确性，从而提高覆冰监测终端的监测结果的准确性，真正发挥出覆冰监测装置应有的预警效果满足电力部门 监测的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例：一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，包括如下步骤：1)收集待测导线的特性参数和线路的基础数据，具体包括以下几项：

m₀—导线单位长度重量(kg/km)

S—导线截面积(mm²)

d—导线外径(mm)

α—导线温度线膨胀系数(×10^-6 1/℃)

E—导线最终弹性系数(N/mm²)

h₁、l₁—大号侧高差、大号侧档距(m)

h₂、l₂—小号侧高差、小号侧档距(m)

t₁—已知状态下导线温度(℃)

σ₁—已知状态导线水平应力(N/mm²)

t₂—未知状态下导线温度(℃)

在本实施例中，以某一型号为LGJ300/40的导线做为待测导线，收集到的计算垂直档距所需的导线特性参数及线路基础数据如下：

大号侧档距为540m，大号侧高差为21.5m；(高塔)

小号侧档距为266m，小号侧高差为5m；(高塔)

导线单位长度质量：1133kg/km；

导线弹性模量：73000N/mm²；

导线温度线膨胀系数：19.6×10^-6 1/℃；

导线外径：23.94mm；

导线截面积：338.99mm²

已知状态下导线温度为25℃时，导线水平应力为120N/mm²，垂直档距为617.73m；617.73m为线路设计值。

2)基于待测导线的特性参数和输电线路的基础数据采用迭代法分别计算得到σ₀₂、σ₀₃；其中，σ₀₂，σ₀₃分别为大号侧导线水平应力和小号侧导线水平应力；计算σ₀₂的公式如下：

其中：

h₁为大号侧高差，l₁为大号侧档距

其中γ为导线自身比载，按下式计算：

γ₁为导线综合比载(导线自身比载与冰荷载之和)，按下式计算：

同理用迭代法计算出σ₀₃：

其中：

h₂为小号侧高差，l₂为小号侧档距；

3)考虑温度和冰荷载两个因素对垂直档距的产生影响，计算未知状态温度为t₂，单位为℃，覆冰厚度为b，单位为mm时的垂直档距值，计算得出该未知状态垂直档距值l_v:

在本实施例中，对其在覆冰工况下实时测量导线温度为-5℃，导线覆冰厚度为15mm时进行计算，考虑温度和冰荷载的影响经过计算，得到该覆冰工况下垂直档距结果为：599.61m，远小于该已知状态下的垂直档距常量值617.73m。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)收集待测导线的特性参数和输电线路的基础数据；

(2)基于待测导线的特性参数和输电线路的基础数据采用迭代法分别计算得到σ₀₂、σ₀₃；其中，σ₀₂，σ₀₃分别为大号侧导线水平应力和小号侧导线水平应力；

(3)计算未知状态温度为t₂，单位为℃，覆冰厚度为b，单位为mm时的垂直档距值l_v:

$l_v=\frac{l_1}{2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{02}{h}_1}{{\mathrm{\γ}}_1{l}_1}+\frac{l_2}{2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_{03}{h}_2}{{\mathrm{\γ}}_1{l}_2}.$

2.根据权利要求1所述的一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，其特征在于：所述待测导线的特性参数和输电线路的基础数据如下：m₀，为导线单位长度重量，单位为kg/km；S为导线截面积，单位为mm²；d为导线外径，单位为mm；α为导线温度线膨胀系数，单位为×10^-61/℃；E为导线最终弹性系数，单位为N/mm²；h₁、l₁分别为大号侧高差、大号侧档距，单位为m；h₂、l₂分别为小号侧高差、小号侧档距，单位为m；t₁为已知状态下导线温度，单位为℃；σ₁为已知状态导线水平应力，单位为N/mm²；t₂为未知状态下导线温度，单位为℃。

3.根据权利要求1所述的一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，其特征在于：所述σ₀₂的计算公式为：

其中：

$B=\frac{{\mathrm{E\γ}}_1^2{l}_1^2{\cos }^3{\mathrm{\β}}_1}{24}$

h₁为大号侧高差，l₁为大号侧档距；

其中，γ为导线自身比载，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²；

γ₁为导线综合比载，即导线自身比载与冰荷载之和，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²。

4.根据权利要求1所述的一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，其特征在于：所述σ₀₃的计算公式为：

其中：

$B=\frac{{\mathrm{E\γ}}_2^2{l}_2^2{\cos }^3{\mathrm{\β}}_2}{24}$

h₂为小号侧高差，l₂为小号侧档距；

其中，γ为导线自身比载，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²；

γ₁为导线综合比载，即导线自身比载与冰荷载之和，按下式计算得到：

单位为N/m·mm²。

5.根据权利要求1所述的一种覆冰工况下的垂直档距取值方法，其特征在于：所述垂直档距值l_v的取值受到温度和冰荷载两个因素的共同影响而动态变化。