CN108344898A - 一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，包括以下步骤：通过计算得到准确的热参数；根据热电类比理论和温度热平衡原理，针对地线与预绞丝断口处建立热路模型；设计温升实验获取地线与预绞丝断口轴向的离散点温度分布；根据所建立的热路模型以及温升实验所得到的离散点温度分布，推算得到地线与预绞丝断口内部的接触电阻。本发明的方法，所得到是交流接触电阻，能有效避免电测量方法遇到的磁场干扰问题，只需要检测整体结构温度离散点温度分布，同时对于交流电阻的检测也无需检测阻抗角大小，所需测量设备少，更是方便实现在线监测，具有普遍推广使用的重要意义。

Description

一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法

技术领域

本发明涉及地线测量技术领域，特别涉及一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法。

背景技术

地线因过热导致断线事故的发生，往往致使大面积的电网停电，甚至引发次生灾害，严重影响电网的安全稳定运行以及人身安全。现有的研究表明，地线悬垂串(结构如图1所示)预绞丝断口内部是一个主要的发热“瓶颈”点，接触电阻是导致地线断线的一个重要因素。因此对于预绞丝断口内部接触电阻的准确测量，是研究分析其发热特性并提出相关解决措施的一个重要基础。

目前针对接触电阻的实验测量方法，主要是电流电压法，然而这种办法为直流测量，所获得的是直流接触电阻。该方法若采用交流的方式实施，存在以下两个问题，一是需要引入示波器等阻抗角的检测设备仪器，得到所测电流与电压的相位差。二是交流电在周围空间产生磁场，对电压测量设备造成干扰。直接用直流接触电阻代替交流接触电阻，特别是在集肤效应明显的情况下，将会带来较大的计算误差。

基于此，有必要针对上述现有实验测量方法无法获取交流接触电阻等问题，同时避免引入检测阻抗角如示波器等仪器，提出一种基于热电变换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，能够根据实验参数获取准确的预绞丝断口处接触电阻。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，包括以下步骤：

S1、通过计算得到准确的热参数；所述热参数中包括热容、导热热阻、以及对流热阻，通过式(1)-式(3)确定；

C＝mc (1)

R_d＝l/(Sλ) (2)

R_e＝1/(Ah_c) (3)

其中，C、R_d和R_e分别为热容、导热热阻和对流热阻，m为导体质量，c为导体比热容，l为导体长度，S为导体截面积，λ为导体导热系数，A为导体表面积，h_c为导体自然对流系数；

S2、根据热电类比理论和温度热平衡原理，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型；

S3、设计温升实验获取地线与预绞丝断口轴向的离散点温度分布；

S4、根据所建立的热路模型以及温升实验所得到的离散点温度分布，推算得到地线与预绞丝断口内部的接触电阻。

作为优选的技术方案，步骤S2中，根据热电类比理论和温度热平衡原理，热源为地线和预绞丝导体电阻以及接触电阻的热功率，散热包括热传导、热对流和热辐射三个方面，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型，具体过程如下：

将地线和预绞丝分割成若干个单位长度的微元，每个微元与环境进行对流换热、辐射换热和日照换热，与相邻的微元发生热传导；对于接触界面，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(4)所示：

I²(R_d+R_c)+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (4)

对于非接触部位即导体部分，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(5)所示：

I²R_d+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (5)

其中，I为导体中所加载的电流，R_d为单位长度的导体电阻，R_c为接触电阻，q_s为日照吸收功率，q_d′为相邻微元对此微元的热传导功率，q_d为此微元对邻近下一个微元的热传导功率，q_c对流损失的热功率，q_r为辐射损失的热功率；实验选择在室内进行，q_s＝0；各个参数的计算公式如下所示：

q_c＝h_cAΔT_E (7)

其中，C₀为黑体辐射系数，ε为导线发射率，T_E为环境温度，T为微元导体的温度，ΔT为邻近微元的温差，ΔT_E为导体与环境的温差；

根据热电类比理论，结合式(1)、式(2)和式(3)，对接触部位和非接触部位的热平衡方程式即式(4)和式(5)进行热电转换，即热容热阻类比为电容电阻，散热和发热功率类比为电流源，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型。

作为优选的技术方案，步骤S3具体过程如下：

通过大电流温升系统，在包括预绞丝的地线两端加载交流电流，利用热电偶采集并记录地线与预绞丝断口及其附近的离散点温度分布。

作为优选的技术方案，步骤S4的具体过程如下：

首先根据步骤S3中所得到的预绞丝端口附近轴向稳态温度分布数据，确定距离预绞丝断口最近的绝热平面；所述绝热平面是不存在轴向温差的横截面，从而以该绝热平面为界限确定轴向热路模型的范围；

结合所建立的轴向热路模型，实验所获取的离散点稳态温度数据即为热路各个节点的“电压值”，通过热电类比理论，在所建立的轴向热路模型中，各个节点的温度和各个支路的热阻已知，同时导体对应的产热热源也是已知的，因此采用节点电压法计算轴向热路模型各个支路的热流量；最终，对于整个轴向热路而言，除接触电阻值之外所有物理量已知，如此便可求得推算出接触电阻大小。

本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：

本发明建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型，通过实验的方式获取准确的热参数，综合分析所建立的热路模型以及实验所得到的离散点温度分布数据，推算出预绞丝断口内部的接触电阻；本发明计算得到的是地线与预绞丝断口内部的交流接触电阻，并且避免了因电方法测量所带来周围空间磁场的干扰以及示波器等仪器设备的引入。由于现有的架空线路绝大多数运行是处于交流状态，因此交流接触电阻比直流接触电阻更符合实际情况，对于电接触的研究分析误差更小。

附图说明

图1为一般的地线悬垂串结构图；

图2为本发明的预绞丝断口处的接触电阻实验测量方法流程图；

图3为本发明的地线与预绞丝断口轴向热路模型示意图；

图4为本发明的温升实验系统原理图；

附图标记：1、杆塔紧固件；2、杆塔；3、悬垂线夹；4、预绞丝；5、预绞丝断口；6、地线；7、室内；8、380V交流电源；9、调压器；10、无功补偿电容箱；11、升流器。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示为地线悬垂串结构图，包括杆塔紧固件1，杆塔2，悬垂线夹3，预绞丝4，预绞丝断口5，地线6，为了对预绞丝断口5内部接触电阻准确测量，本实施例采用如图2所示的一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过计算得到准确的热参数；

计算热路模型中的各种热参数(导热热阻、对流热阻、热容等)有多种方式，最基本是通过以下式子直接进行计算，

C＝mc (1)

R_d＝l/(Sλ) (2)

R_e＝1/(Ah_c) (3)

其中，在式(1)-式(3)中，C、R_d和R_e为热容、导热热阻和对流热阻，m为导体质量，c为导体比热容，l为导体长度，S为导体截面积，λ为导体导热系数，A为导体表面积，h_c为导体自然对流系数。

热路模型中各个支路的导体热阻和对流热阻可以通过式(2)和式(3)计算求得。除此之外，因本实施例中所采用的是轴向稳态温度分布数据，表征暂态特性的热容不存在于稳态的热路模型中。

S2、根据热电类比理论和温度热平衡原理，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型；

将地线和预绞丝分割成若干个单位长度的微元，每个微元与环境进行对流换热、辐射换热和日照换热，与相邻的微元发生热传导；对于接触界面，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(4)所示：

I²(R_d+R_c)+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (4)

对于非接触部位即导体部分，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(5)所示：

I²R_d+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (5)

其中，I为导体中所加载的电流，R_d为单位长度的导体电阻，R_c为接触电阻，q_s为日照吸收功率，q_d′为相邻微元对此微元的热传导功率，q_d为此微元对邻近下一个微元的热传导功率，q_c对流损失的热功率，q_r为辐射损失的热功率；实验选择在室内进行，q_s＝0；各个参数的计算公式如下所示：

q_c＝h_cAΔT_E (7)

其中，C₀为黑体辐射系数，ε为导线发射率，T_E为环境温度，T为微元导体的温度，ΔT为邻近微元的温差，ΔT_E为导体与环境的温差；

根据热电类比理论，结合式(1)、式(2)和式(3)，对接触部位和非接触部位的热平衡方程式即式(4)和式(5)进行热电转换，即热容热阻类比为电容电阻，散热和发热功率类比为电流源，建立如图3所示的地线与预绞丝断口处的轴向热路模型。在图3所示的热路模型中，散热和发热功率类比为模型中的电流源，各个节点的温度类比为节点的电压，热流量为模型中各个支路的电流，热阻类比为电阻，式(4)和式(5)在热路模型中本质是各个节点的节点电压方程，因为图3为所建立的稳态轴向热路模型，因此热容并不存在于热路模型中。

S3、设计温升实验获取地线与预绞丝断口轴向的离散点温度分布；

大电流温升系统原理图如图4所示，在室内7，实验装置由380V交流电源8、调压器9、无功补偿电容箱10、升流器11和实验线路五个部分组成，实验装置通过对380V电源电压进行降压从而在升流器二次测得到较大的电流，通过在地线6(包括悬垂线夹3和预绞丝4)两端加载交流电流I，通过检测记录地线预交丝断口及其附近的离散点温度分布数据。

S4、根据所建立的热路模型以及温升实验所得到的离散点温度分布，推算得到地线与预绞丝断口内部的接触电阻，具体过程如下：

首先根据步骤S3中所得到的预绞丝端口附近轴向稳态温度分布数据，确定距离预绞丝断口最近的绝热平面，所述绝热平面，是不存在轴向温差的横截面，从而以该绝热平面为界限确定轴向热路模型的范围；

结合所建立的轴向热路模型，实验所获取的离散点稳态温度数据即为热路各个节点的“电压值”，通过热电类比理论，在所建立的轴向热路模型中，各个节点的温度和各个支路的热阻已知(等同于已知电路的节点电压和支路电阻)，同时导体对应的产热热源也是已知的(等同于已知电路中的各个独立源)，因此可以采用节点电压法计算轴向热路模型各个支路的热流量(即电路中的支路电流)；最终，对于整个轴向热路而言，除接触电阻值之外所有物理量已知，如此便可求得推算出接触电阻大小。

在本实施例中，所需检测数据少，在避免引入示波器等设备的情况下，能有效计算出交流接触电阻，并且可以防止出现在电测量方法中周围空间磁场的干扰，具有普遍推广使用的重要意义。

以上所述实施过程中的具体方法仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过计算得到准确的热参数；所述热参数中包括热容、导热热阻、以及对流热阻，通过式(1)-式(3)确定；

C＝mc (1)

R_d＝l/(Sλ) (2)

R_e＝1/(Ah_c) (3)

其中，C、R_d和R_e分别为热容、导热热阻和对流热阻，m为导体质量，c为导体比热容，l为导体长度，S为导体截面积，λ为导体导热系数，A为导体表面积，h_c为导体自然对流系数；

S2、根据热电类比理论和温度热平衡原理，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型；

S3、设计温升实验获取地线与预绞丝断口轴向的离散点温度分布；

S4、根据所建立的热路模型以及温升实验所得到的离散点温度分布，推算得到地线与预绞丝断口内部的接触电阻。

2.根据权利要求1所述的一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，其特征在于，步骤S2中，根据热电类比理论和温度热平衡原理，热源为地线和预绞丝导体电阻以及接触电阻的热功率，散热包括热传导、热对流和热辐射三个方面，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型，具体过程如下：

将地线和预绞丝分割成若干个单位长度的微元，每个微元与环境进行对流换热、辐射换热和日照换热，与相邻的微元发生热传导；对于接触界面，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(4)所示：

I²(R_d+R_c)+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (4)

对于非接触部位即导体部分，当温度达到稳态时，其热平衡方程式如式(5)所示：

I²R_d+q_s+q_d′＝q_d+q_c+q_r (5)

其中，I为导体中所加载的电流，R_d为单位长度的导体电阻，R_c为接触电阻，q_s为日照吸收功率，q_d′为相邻微元对此微元的热传导功率，q_d为此微元对邻近下一个微元的热传导功率，q_c对流损失的热功率，q_r为辐射损失的热功率；实验选择在室内进行，q_s＝0；各个参数的计算公式如下所示：

q_c＝h_cAΔT_E (7)

其中，C₀为黑体辐射系数，ε为导线发射率，T_E为环境温度，T为微元导体的温度，ΔT为邻近微元的温差，ΔT_E为导体与环境的温差；

根据热电类比理论，结合式(1)、式(2)和式(3)，对接触部位和非接触部位的热平衡方程式即式(4)和式(5)进行热电转换，即热容热阻类比为电容电阻，散热和发热功率类比为电流源，建立地线与预绞丝断口处的轴向热路模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，其特征在于，步骤S3具体过程如下：

通过大电流温升系统，在包括预绞丝的地线两端加载交流电流，利用热电偶采集并记录地线与预绞丝断口及其附近的离散点温度分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于热电转换的预绞丝断口处接触电阻实验测量方法，其特征在于，步骤S4的具体过程如下：

首先根据步骤S3中所得到的预绞丝端口附近轴向稳态温度分布数据，确定距离预绞丝断口最近的绝热平面；所述绝热平面是不存在轴向温差的横截面，从而以该绝热平面为界限确定轴向热路模型的范围；

结合所建立的轴向热路模型，实验所获取的离散点稳态温度数据即为热路各个节点的“电压值”，通过热电类比理论，在所建立的轴向热路模型中，各个节点的温度和各个支路的热阻已知，同时导体对应的产热热源也是已知的，因此采用节点电压法计算轴向热路模型各个支路的热流量；最终，对于整个轴向热路而言，除接触电阻值之外所有物理量已知，如此便可求得推算出接触电阻大小。