CN109063385B - 一种带电热风除冰风管参数优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电热风除冰风管参数优选方法，包括如下步骤：建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同管长、管径下单位质量冰块融化所需时间及能耗；确定最优管长为带电设备安全距离k；建立管径与融冰时间、融冰能耗的关系式；综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立参数优化选取的目标函数；根据绝缘风管的现场应用条件，建立管径约束模型；对目标函数进行求解，求出最优管径，从而完成管长及管径的选取。本发明基于大量仿真实验数据，建立了绝缘送风管道的管长、管径与融冰时间及融冰能耗的关系模型，为热风除冰装置研制中绝缘送风管的设计提供了理论指导依据，通过优化设计送风管道的参数，能最大化的提高热风除冰效率。

Description

一种带电热风除冰风管参数优选方法

技术领域

本发明属于电力除冰技术领域，尤其涉及到一种带电热风除冰风管参数优选方法。

背景技术

冰灾是电网的天敌，其可导致电网断线倒塔。变电站覆冰可导致绝缘子绝缘性能下降，从而导致发生覆冰闪络，威胁电网的安全稳定运行。人工除冰及机械除冰必须停电进行，劳动强度大，除冰效率低，且极易损坏绝缘设备。热风绝缘性高，热风除冰可带电进行，无污染，不会损坏绝缘设备，是一种非常适合于变电设备除冰的除冰方式。然而，热风方向性差，非常容易扩散，导致作用距离短。对变电设备进行带电除冰时，为保证人员及设备需要在带电部位的安全距离之外，可用绝缘性强的送风管将风机出风口的热风输送到带电设备处。然而，现有热风除冰设备绝缘送风管的参数仅凭经验选取，缺乏理论指导及实验验证，参数选取无法达到最优，除冰效率无法达到最优。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种带电热风除冰风管参数优选方法。通过该方法，能在风机出风口风参数一定的情况下，将热风除冰的效率提至最高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种带电热风除冰风管参数优选方法，包括如下步骤：

S1：建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同管长、管径下单位质量冰块融化所需时间及能耗；

S2：建立管长与融冰时间、融冰能耗的关系，确定最优管长为带电设备安全距离k；

S3：建立管径与融冰时间、融冰能耗的关系式；

S4：综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立管径参数优化选取的目标函数；

S5：根据热风除冰装置绝缘风管的现场应用条件，建立管径约束模型；

S6:对目标函数进行求解，求出最优管径，从而完成绝缘风管管长及管径的选取。

进一步的，S2步骤中管长与融冰时间及能耗的关系式为：

其中：t为融冰时间(min/100g)，E为融冰能耗(MJ/100g)，l为风管管长(m)；

通过公式(1)和公式(2)可知，当管长等于带电设备的安全距离k时，融冰时间及能耗最低。

进一步的，S3步骤中管径与融冰时间、融冰能耗的关系式：

t＝0.000908D²-0.3108D+32.62 (3)

E＝0.0001363D²+0.08177D-0.305 (4)

其中：t为融冰时间(min/100g)，D为绝缘送风管管径(mm)；E为融冰能耗(MJ/100g)。

进一步的，S4步骤中的目标函数的表达式为：

其中：α融冰时间的权重，1-α为融冰能耗的权重，t_max为仿真试验中最大的融冰时间，E_max为仿真试验中最大的融冰能耗试验。

进一步的，S5步骤中约束模型的表达式为：

20≤D≤300 (6)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：基于大量仿真实验数据，建立了绝缘送风管道的管长、管径与融冰时间及融冰能耗的关系模型，为热风除冰装置研制中绝缘送风管的设计提供了理论指导依据，通过优化设计送风管道的参数，能最大化的提高热风除冰效率。

附图说明

图1融冰时间与管长的曲线；

图2融冰能耗与管长的曲线；

图3融冰时间与管径的曲线；

图4融冰能耗与管径的曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4，一种带电热风除冰风管参数优选方法，包括如下步骤：

(1)建立绝缘风管热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同管长、管径下单位质量冰块融化所需时间及能耗。

(2)通过试验数据分析，建立绝缘风管管长与融冰时间、融冰能耗的关系。假设带电设备的安全距离为k，则：当管长l小于k时，由于风管出风口与冰表面之间存在空气间隙，管长越长，融冰时间及融冰能耗越小；当管长l大于k时，由于风管出风口与冰表面之间存在空气间隙不再减小，管长越长，融冰时间及融冰能耗越大，但变化很小，可以忽略。因此，管长l等于安全距离k时，融冰时间及能耗最低。对于220kV电压等级的变电设备，其安全距离为3m，其融冰时间及能耗与管长的关系分别为式1、式2，管长为3m时，融冰时间及能耗最低，因此管长取3m。

式中，t为融冰时间(min/100g)，E为融冰能耗(MJ/100g)，l为风管管长(m)。

(3)通过试验数据分析，建立管径与融冰时间的关系式：

t＝0.000908D²-0.3108D+32.62 (3)

式中，t为融冰时间(min/100g)，D为绝缘送风管管径(mm)。

(4)通过试验数据分析，建立管径与融冰能耗的关系式：

E＝0.0001363D²+0.08177D-0.305 (4)

式中，E为融冰能耗(MJ/100g)。

(5)综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立管径参数优化选取的目标函数：

式中：α融冰时间的权重，1-α融冰能耗的权重，t_max为仿真试验中最大的融冰时间，E_max为仿真试验中最大的融冰能耗试验。

(6)根据热风除冰装置绝缘风管的现场应用条件，建立管径约束模型，本实施例提供的约束条件为：

20≤D≤300 (6)。

(7)对上述优化模型进行求解，求出最优管径，从完成绝缘送风管管长、管径的关键参数选取，本实施例中求得最优管径为125mm。因此将热风除冰装置的送风管管长取3m，管径取125mm。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种带电热风除冰风管参数优选方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立热风融冰仿真试验模型，开展热风融冰试验，获取不同管长、管径下单位质量冰块融化所需时间及能耗；

S2：根据管长与融冰时间、融冰能耗的关系，确定最优管长为带电设备安全距离k；

S3：建立管径与融冰时间、融冰能耗的关系式；

S4：综合考虑融冰时间及能耗的平衡，建立管径参数优化选取的目标函数；

S5：根据热风除冰装置绝缘风管的现场应用条件，建立管径约束模型；

S6:对目标函数进行求解，求出最优管径，从而完成绝缘风管管长及管径的选取；

所述的S3步骤中管径与融冰时间、融冰能耗的关系式：

t＝0.000908D²-0.3108D+32.62 (3)

E＝0.0001363D²+0.08177D-0.305 (4)

其中：t为融冰时间(min/100g)，D为绝缘送风管管径(mm)；E为融冰能耗(MJ/100g)；

所述的S4步骤中的目标函数的表达式为：

其中：α融冰时间的权重，1-α为融冰能耗的权重，t_max为仿真试验中最大的融冰时间，E_max为仿真试验中最大的融冰能耗试验。

2.根据权利要求1所述的带电热风除冰风管参数优选方法，其特征在于：S5步骤中约束模型的表达式为：20≤D≤300。

3.根据权利要求2所述的带电热风除冰风管参数优选方法，其特征在于：220kV电压等级的带电设备，其安全距离为3m。

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