CN107228646A - 一种输电线路等值覆冰厚度计算方法 - Google Patents

一种输电线路等值覆冰厚度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，它包括：步骤1、提取覆冰监测终端历史拉力值测量数据，剔除线路覆冰时的拉力值数据，获取无覆冰期间历史拉力值数据；步骤2、计算出线路无覆冰时的历史拉力值平均值；步骤3、通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，并与线路无覆冰时的历史拉力平均值对比，对拉力值测量数据进行修正；步骤4、根据步骤3中获取的修正后的拉力值数据，建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的输电线路等值覆冰厚度计算模型；解决了现有技术计算出来的输电线路等值覆冰厚度误差大等技术问题。

Description

一种输电线路等值覆冰厚度计算方法
技术领域
本发明属于电力输电线路覆冰计算领域；尤其涉及一种输电线路等值覆冰厚度计算方法。
背景技术
冬季输电线路覆冰主要受气温、相对湿度以及冷暖空气对流共同作用而形成的一种物理现象。在我国线路覆冰主要发生在西南区域，在西北、华中地区也会有小区域的覆冰现象。线路覆冰增加了导线的垂直荷载，当荷载达到一定的临界值时，会造成倒塔、断线等严重的电力灾害事故，造成较大的经济损失。2008年初，我国13个省份遭受了较为严重的冻雨灾害性气候，导致了大面积的输电杆塔倒塔，造成了直接经济损失达150亿元。
2008年冰灾之后，贵州省电网架空线覆冰监测装置共计有280套，自从系统建成以来，能够实时的对贵州省电网线路覆冰情况进行监测，经过几年的功能完善，在终端的运行可靠性与系统的实用性上虽然有较大的提升，但仍有诸多关键性问题待解决，比如监测终端受环境的影响使得多个测量值不够准确，从而增加了架空线覆冰厚度观测值得误差。
专利-一种架空线路等值覆冰厚度的在线监测方法(CN 103940397A)利用覆冰监测终端历史拉力、倾角、气象等要素数据，通过计算平均垂直荷载以及导线平均等效长度等特征参数，对等值覆冰厚度计算。专利-电力线覆冰监测方法及装置(CN 106482650 A),根据杆塔之间光缆的物理参数，对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度，并根据光缆的冰厚反演出电力线覆冰厚度。专利-一种利用Hough变换与函数拟合的导线覆冰厚度图像识别方法(CN 106407994 A),采用图像处理技术，获取线路覆冰时图像资料，通过计算覆冰时导线直径，从而得到覆冰厚度。专利-输电线路覆冰测量装置(CN 206002082 U),采用称重法，称出导线以及覆冰时的重量，计算线路等值覆冰厚度。专利-输电线路精细化覆冰模型建立方法(CN 105631115 A),依据冰期气象要素变化特征，判断出线路覆冰变化的类型，并采用标准冰厚模型，计算出不同覆冰类型下线路覆冰厚度。上述现有技术采用不同的方法对输电线路等值覆冰厚度进行计算，但均没有考虑线路覆冰过程中，杆塔垂直档距的变化情况，不同的垂直档距直接导致线路垂直荷载的不同；同时忽略了线路初始设计冰厚对等值覆冰厚度计算带来的影响；因此导致计算出来的输电线路覆冰厚度误差大。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，以解决现有技术对输电导线等值覆冰厚度计算由于未考虑线路覆冰过程中，杆塔垂直档距的变化情况，不同的垂直档距直接导致线路垂直荷载的不同；同时忽略了线路初始设计冰厚对等值覆冰厚度计算带来的影响；因此导致计算出来的输电线路等值覆冰厚度误差大等技术问题。
本发明技术方案：
一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，它包括：
步骤1、提取覆冰监测终端历史拉力值测量数据，剔除线路覆冰时的拉力值数据，获取无覆冰期间历史拉力值数据；
步骤2、计算出线路无覆冰时的历史拉力值平均值；
步骤3、通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，并与线路无覆冰时的历史拉力平均值对比，对拉力值测量数据进行修正；
步骤4、根据步骤3中获取的修正后的拉力值数据，建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的输电线路等值覆冰厚度计算模型。
步骤3所述通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值的计算公式为：
Fwb＝n·mg·LV0
式中：n为导线分裂数，m为导线单位质量，g为重力加速度，LV0为无覆
冰时导线垂直档距。
步骤3所述对拉力值测量数据进行修正的公式为：
式中：Fsc为覆冰监测终端实际拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，为无覆冰时的历史拉力平均值。
步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
式中：L为杆塔水平档距，LV0为无覆冰时导线垂直档距，σ0、γ0分别为输
电线设计时的水平应力、垂直比载，σioc、γioc分别为线路覆冰条件下线路
的水平应力、垂直比载。
步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
步骤(4)中建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的更加精确
的输电线路等值覆冰厚度计算模型：
Fscx-Fwb＝n·Lioc·0.0009π·d·(d+D)·g
式中：Fscx为覆冰监测终端修正后拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算
出线路无覆冰时的拉力值，n为导线分裂数，d为导线等值覆冰厚度，D为
导线直径，g为重力加速度。
无覆冰时导线垂直档距LV0的计算公式为：
式中：σ0水平应力，γ0为垂直比载，L为水平档距，L1、L2为前后侧杆塔的
档距，h1、h2为前后侧杆塔绝缘子串挂点高度差。
本发明的有益效果：
本发明对覆冰监测终端历史拉力值测量数据进行了质量控制，保证了原始数据的准确性；本发明考虑了原始线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化对等值覆冰厚度计算的影响，所建立等值覆冰计算模型精确度较高；本发明通过综合考虑线路设计冰厚以及实时垂直档距变化情况，以及对历史数据进行合理的质量控制，建立考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的更加精确的输电线路等值覆冰厚度计算模型；解决了现有技术对输电导线等值覆冰厚度计算由于未考虑线路覆冰过程中，杆塔垂直档距的变化情况，不同的垂直档距直接导致线路垂直荷载的不同；同时忽略了线路初始设计冰厚对等值覆冰厚度计算带来的影响；因此导致计算出来的输电线路等值覆冰厚度误差大等技术问题。
附图说明
图1为本发明的一种垂直档距随覆冰厚度变化计算流程；
图2为本发明的一种新型输电线路等值覆冰厚度计算流程。
具体实施方式
一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，它包括：
步骤1、提取覆冰监测终端历史拉力值测量数据，剔除线路覆冰时的拉力值数据，获取无覆冰期间历史拉力值数据；
步骤2、计算出线路无覆冰时的历史拉力值平均值；
步骤3、通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，并与线路无覆冰时的历史拉力平均值对比，对拉力值测量数据进行修正；
步骤4、根据步骤3中获取的修正后的拉力值数据，建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的输电线路等值覆冰厚度计算模型。
步骤3所述通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值的计算公式为：
Fwb＝n·mg·LV0
式中：n为导线分裂数，m为导线单位质量，g为重力加速度，LV0为无覆
冰时导线垂直档距。
步骤3所述对拉力值测量数据进行修正的公式为：
式中：Fsc为覆冰监测终端实际拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，为无覆冰时的历史拉力平均值。
步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
式中：L为杆塔水平档距，LV0为无覆冰时导线垂直档距，σ0、γ0分别为输电线设计时的水平应力、垂直比载，σioc、γioc分别为线路覆冰条件下线路的水平应力、垂直比载。
步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
步骤(4)中建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的更加精确的输电线路等值覆冰厚度计算模型：
Fscx-Fwb＝n·Lioc·0.0009π·d·(d+D)·g
式中：Fscx为覆冰监测终端修正后拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，n为导线分裂数，d为导线等值覆冰厚度，D为导线直径，g为重力加速度。
无覆冰时导线垂直档距LV0的计算公式为：
式中：σ0水平应力，γ0为垂直比载，L为水平档距，L1、L2为前后侧杆塔的档距，h1、h2为前后侧杆塔绝缘子串挂点高度差。
下面对本发明技术方案进行进一步说明：如图1所示，本发明的一种垂直档距随覆冰厚度变化计算流程，首先计算出无覆冰情况杆塔垂直档距：输电线路在无覆冰情况下，考虑导线设计冰厚时计算出水平应力σ0和垂直比载γ0，并根据水平档距L，前后侧杆塔的档距L1、L2，前后侧杆塔绝缘子串挂点高度差h1、h2，采用公式计算出无覆冰垂直档距。最后计算出随冰厚变化的垂直档距：当线路覆冰时，计算出覆冰情况下平应力σioc和垂直比载γioc，结合水平档距，无覆冰垂直档距，可以推导出，随冰厚变化的垂直档距。
如图2所示，本发明的一种新型输电线路等值覆冰厚度计算流程：(1)首先假设导线覆冰厚度d＝d0，并设置覆冰厚度计算步长为Δd，本专利中Δd＝0.1，计算误差范围为ε；(2)通过假设的覆冰厚度d＝d0，计算出导线的垂直比载γioc和水平应力σioc，最后计算出冰的垂直拉力计算值Tvi；(3)通过覆冰监测终端实时拉力值以及无冰时的拉力值，可以计算出覆冰期实时变化的冰重量Tv(相对值算法)；(4)垂直拉力值比较，通过计算出冰的垂直拉力计算值Tvi和实际冰的拉力值Tv比较，若|Tvi-Tv|≤ε，则计算结束，d0即为计算出的导线覆冰厚度；若Tvi＞Tv，则导线覆冰厚度取值d＝d0-Δd，若Tvi＜Tv，则导线覆冰厚度取值d＝d0+Δd，并返回步骤(2)重新计算。通过上述的计算步骤，可以计算出输电线路等值覆冰厚度d。

Claims (6)

1.一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，它包括：
步骤1、提取覆冰监测终端历史拉力值测量数据，剔除线路覆冰时的拉力值数据，获取无覆冰期间历史拉力值数据；
步骤2、计算出线路无覆冰时的历史拉力值平均值；
步骤3、通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，并与线路无覆冰时的历史拉力平均值对比，对拉力值测量数据进行修正；
步骤4、根据步骤3中获取的修正后的拉力值数据，建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的输电线路等值覆冰厚度计算模型。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，其特征在于：步骤3所述通过导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值的计算公式为：
Fwb＝n·mg·LV0
式中：n为导线分裂数，m为导线单位质量，g为重力加速度，LV0为无覆冰时导线垂直档距。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，其特征在于：步骤3所述对拉力值测量数据进行修正的公式为：
<mrow> <mi>F</mi> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mi>F</mi> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>F</mi> <mi>w</mi> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <mover> <mi>F</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：Fsc为覆冰监测终端实际拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，为无覆冰时的历史拉力平均值。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，其特征在于：步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>o</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>o</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>o</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>V</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>L</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> </mrow>
式中：L为杆塔水平档距，LV0为无覆冰时导线垂直档距，σ0、γ0分别为输电线设计时的水平应力、垂直比载，σioc、γioc分别为线路覆冰条件下线路的水平应力、垂直比载。
5.根据权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，其特征在于：步骤4所述垂直档距随覆冰厚度变化计算公式为：
步骤(4)中建立了考虑线路设计冰厚、垂直档距随覆冰厚度变化的更加精确的输电线路等值覆冰厚度计算模型：
Fscx-Fwb＝n·Lioc·0.0009π·d·(d+D)·g
式中：Fscx为覆冰监测终端修正后拉力测量值，Fwb为导线状态方程计算出线路无覆冰时的拉力值，n为导线分裂数，d为导线等值覆冰厚度，D为导线直径，g为重力加速度。
6.根据权利要求2所述的一种输电线路等值覆冰厚度计算方法，其特征在于：无覆冰时导线垂直档距LV0的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>V</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mo>&amp;PlusMinus;</mo> <mfrac> <msub> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;PlusMinus;</mo> <mfrac> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：σ0水平应力，γ0为垂直比载，L为水平档距，L1、L2为前后侧杆塔的档距，h1、h2为前后侧杆塔绝缘子串挂点高度差。
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