CN109460616B - 接触电阻计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种接触电阻计算方法及装置，涉及电力技术领域，该方法用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，该方法包括：针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型；在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥；对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。通过建立计算悬垂线夹与地线之间的接触电阻的仿真模型，并对该仿真模型进行电磁场仿真计算，可以得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，该仿真计算方法可以对复杂的悬垂线夹与地线接触结构进行仿真计算，并且计算方便以及不受外界环境影响，避免了实验法确定接触电阻所带来的各种问题，提高了确定接触电阻的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种接触电阻计算方法及装置。
背景技术
当雷电流或者工频短路电流流经地线时，由于在地线悬垂串处特别是悬垂线夹内部因地线与悬垂线夹之间存在接触电阻，将导致发热严重，并且在温度过高时导致地线机械性能降低，甚至造成断线等严重事故的发生。
由于接触电阻的热效应是地线悬垂线夹内部暂态温升特性的主要热源，因此对于接触电阻的确定成为相关研究分析的重要对象。针对接触电阻的确定主要通过实验法来进行。在实验法测量中，通过在地线与悬垂线夹之间施加预定电流，通过测量地线与悬垂线夹的接触界面两端的电压，进而可以确定接触电阻。
然而，通过实验法确定接触电阻存在诸多问题，例如，测量过程复杂、测量结果受到测量环境的严重影响、以及对某些复杂结构部位的接触电阻的测量在实验中难以操作等。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种接触电阻计算方法及装置，以解决实验法确定接触电阻中存在的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种接触电阻计算方法，该方法用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，该方法包括：
针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，该悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间未接触；
在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，该导电桥用于表示悬垂线夹与地线之间的接触区域；
对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
进一步地，所述针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，包括：
分别获取悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数；
根据悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数，建立悬垂线夹地线几何模型。
进一步地，所述对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，包括：
在悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间施加预定电流；
通过计算获得导电桥两端的电压；
根据预定电流和电压，计算得到接触电阻。
进一步地，所述导电桥为具有预定半径的圆柱体，导电桥的两端分别与悬垂线夹几何模型和地线几何模型接触。
进一步地，该预定半径根据霍尔姆(Holm)公式计算得到。
第二方面，本发明实施例还提供了一种接触电阻计算装置，该装置用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，该装置包括：
几何模型建立模块，用于针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，该悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间未接触；
导电桥设置模块，用于在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，该导电桥用于表示悬垂线夹与地线之间的接触区域；
接触电阻计算模块，用于对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
进一步地，该几何模型建立模块，具体用于：
分别获取悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数；
根据悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数，建立悬垂线夹地线几何模型。
进一步地，该接触电阻计算模块，具体用于：
在悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间施加预定电流；
通过计算获得导电桥两端的电压；
根据预定电流和电压计算得到接触电阻。
进一步地，所述导电桥为具有预定半径的圆柱体，并且导电桥的两端分别与悬垂线夹几何模型和地线几何模型接触。
进一步地，该预定半径根据霍尔姆(Holm)公式计算得到。
本发明的有益效果是：
本发明实施例通过针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，然后在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，通过对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。通过建立计算悬垂线夹与地线之间的接触电阻的仿真模型，并对该仿真模型进行电磁场仿真计算，可以得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，该仿真计算方法可以对复杂的悬垂线夹与地线接触结构进行仿真计算，并且计算方便以及不受外界环境影响，避免了实验法确定接触电阻所带来的各种问题，提高了确定接触电阻的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的接触电阻计算方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的悬垂线夹地线几何模型的示意图；
图3为本发明另一实施例提供的接触电阻计算方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的悬垂线夹地线几何模型中所施加电流的流经路径的示意图；
图5为本发明一实施例提供的接触电阻计算装置的示意图；
图6为本发明实施例提供的接触电阻计算装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明一实施例提供的接触电阻计算方法的流程示意图，如图1所示，该方法用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，该方法包括：
步骤101、针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型。
其中，悬垂线夹地线几何模型可以包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间未接触。
不同于常规的实验法测量悬垂线夹和地线之间的接触电阻，本发明采用有限元仿真计算方法对悬垂线夹和地线之间的接触电阻进行仿真计算。为了计算接触电阻，首先需要利用有限元仿真软件对悬垂线夹和地线建立几何模型，从而使得可以针对所建立的几何模型进行仿真计算。
在本发明中进行几何建模时，可以通过有限元仿真软件ANSYS或者Comsolmultiphysics(Comsol多物理场软件)建立悬垂线夹地线的三维几何模型，例如，可以通过Comsol multiphysics 5.2a版本进行建模。
本发明中可以根据XGU-3型号悬垂线夹与其内部的地线为例，建立悬垂线夹地线几何模型，如图2所示，悬垂线夹地线几何模型可以包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，其中，悬垂线夹几何模型可以包括两个挂板201、压板202、线夹船体203以及两个U形螺丝204，地线几何模型可以包括地线205。
具体地，U型螺丝204压紧压板202以使地线205固定在线夹船体203中，线夹船体203由两个挂板201吊挂，挂板201安装在线夹船体203两侧的挂轴上，线夹船体203转动轴和地线205在同一轴线上。
需要说明的是，由于悬垂线夹与地线之间的接触界面情况非常复杂，通常是由大量不规则的点接触、线接触和面接触构成，因而难以对实际接触界面直接建立几何模型。
因此，在所建立的悬垂线夹地线几何模型中，地线和线夹船体并没有直接接触，而是留有一定厚度的空气间隙。也即是，在本发明所建立的模型中，悬垂线夹几何模型和地线几何模型没有直接电气连接。
步骤102、在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥。
其中，导电桥用于表示悬垂线夹与地线之间的接触区域。
针对导体的接触区域，霍尔姆(Holm)曾经提出如下导电桥模型：导体的实际接触区域可以等效为一个小圆柱。因此，需要确定导电桥的半径来作为接触区域的等效半径，以便在后续步骤中，可以在该等效半径限定的接触区域的径向范围内进行有限元仿真计算。也就是说，导电桥可以为具有预定半径的圆柱体，并且导电桥的两端分别与悬垂线夹几何模型和地线几何模型接触。
具体地，导电桥的半径可以通过Holm公式计算得到，Holm公式如下式所示，
其中，r为导电桥的半径，r对应的单位通常为mm(毫米)，F为接触导体(在本发明中为悬垂线夹和地线)之间的压力(单位为N)，该压力通过实际测量获得，ξ为经验参数，用于表征接触导体的接触界面的接触情况，其取值范围在0.3至0.6，在工程上通常取0.45。在接触界面两端的接触导体的材料相同时，H为接触导体中任一者的材料的布氏硬度；在接触界面两端的接触导体的材料不相同时，H为两种接触导体的材料的布氏硬度中较小者。
因此，根据上式可知，在确定接触界面材料的情况下，在实际中只需要通过测量得到接触界面的接触压力，即可计算得到导电桥半径。对于与绝热温升过程有关的计算中，计算结果主要由导电桥半径决定，而导电桥的高度对计算结果影响很小。通常，导电桥的高度在0.1mm至0.25mm之间，例如为0.15mm，但是本发明对导电桥的高度不做限定，导电桥的高度还可以取其他合理值。
将导电桥的两端分别与悬垂线夹几何模型和地线几何模型接触，实现了悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间的电气连接，并且可以用导电桥表示悬垂线夹与地线之间的接触区域。
其中，对悬垂线夹与地线之间的接触区域的电气特性的分析计算可以等效为对导电桥的电气特性的分析计算。
可选地，根据上述计算得到的导电桥半径，在地线205与线夹船体203中间部位建立单个导电桥，可以实现地线205与线夹船体203之间的电气连接，并且可以用于有效模拟电流从地线205流经悬垂线夹时的收缩情况。
步骤103、对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
在建立悬垂线夹地线几何模型之后，可以利用有限元仿真分析软件对模型进行电磁场有限元仿真计算。通过电磁场有限元仿真计算，在悬垂线夹模型与地线模型之间施加一定电流的条件下，可以得到导电桥两端的电压，进而可以计算得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
需要说明的是，在计算得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻之后，可以设计微小电阻的测量实验来验证本发明计算方法的准确性。
例如，测量实验可以采用测量精度为0.01μΩ的直流电桥。利用直流电桥进行多次测量，并取实验结果的平均值以减小测量误差。综合分析悬垂线夹与地线之间的接触电阻的仿真计算结果和实验测量结果，从而可以验证本发明计算方法的准确性。
综上所述，本发明实施例通过针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，然后在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，通过对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。通过建立计算悬垂线夹与地线之间的接触电阻的仿真模型，并对该仿真模型进行电磁场仿真计算，可以得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，该仿真计算方法可以对复杂的悬垂线夹与地线接触结构进行仿真计算，并且计算方便以及不受外界环境影响，避免了实验法确定接触电阻所带来的各种问题，提高了确定接触电阻的准确度。
图3为本发明另一实施例提供的接触电阻计算方法的流程示意图，如图3所示，该方法用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，该方法包括：
步骤301、分别获取悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数。
在对悬垂线夹和地线建立几何模型以用于确定悬垂线夹与地线之间的接触电阻之前，首先需要对悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数进行测量，并且获取这些几何参数以用于几何模型的建立，其中，此处所述的几何参数是与建立对应的几何模型有关的全部几何尺寸参数。
例如，这些几何参数可以通过各种尺寸测量装置进行测量来获得。可选地，这些几何参数也可以从对应元件的生产规格参数数据中获得。
步骤302、根据悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数，建立悬垂线夹地线几何模型。
其中，悬垂线夹地线几何模型可以包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型。
根据在步骤301中所获取的悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数，来建立悬垂线夹地线几何模型。
该悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型。
具体地，可以通过将所获取的几何参数输入有限元仿真软件中，通过有限元仿真软件的几何模型建立模块来获得悬垂线夹地线几何模型。
在利用有限元仿真软件建立模型时，悬垂线夹几何模型和地线几何模型分别与所获取的几何参数一致。如上文所述，为了在下文中利用建立导电桥来模拟悬垂线夹与地线之间的接触区域，悬垂线夹几何模型与地线几何模型没有直接接触，而是在其间留有一定程度的空气间隙。
步骤303、在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，该导电桥用于表示悬垂线夹与地线之间的接触区域。
本步骤303与步骤102类似，在此不再赘述。
步骤304、对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
在建立悬垂线夹地线几何模型之后，可以利用有限元仿真分析软件对模型进行电磁场有限元仿真计算，以得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。可选地，对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻可以包括：在悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间施加预定电流；通过计算获得导电桥两端的电压；根据预定电流和电压计算得到接触电阻。
具体地，如图4所示，在对具有导电桥的悬垂线夹地线模型进行电磁场仿真计算时，通过将地线模型的一端(如图4中地线模型的左端B，本发明对此不做限定，可选地，也可以选择地线模型的右端)设置为接地端，并且将悬垂线夹模型的远离地线模型的一端(如图4中悬垂线夹模型的顶端A)设置为加载端，通过在接地端与加载端之间施加一定的电流I，进行电磁场仿真计算以获得导电桥两端(也就是悬垂线夹与地线之间的接触界面两侧)的电压U，并且根据如下式计算得到接触电阻，
其中，Rc表示接触电阻，Re[U]表示电压U的实部。
电流在悬垂线夹与地线之间的流通途径如图4中A端与B端之间的虚线所示。
综上所述，本发明实施例通过根据分别获取悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数来建立悬垂线夹和地线的悬垂线夹地线几何模型，然后在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，通过对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，具体地，通过在悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间施加预定电流，通过计算获得导电桥两端的电压，然后根据预定电流和电压计算得到接触电阻。通过建立计算悬垂线夹与地线之间的接触电阻的仿真模型，并对该仿真模型进行电磁场仿真计算，可以得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻，该仿真计算方法可以对复杂的悬垂线夹与地线接触结构进行仿真计算，并且计算方便以及不受外界环境影响，避免了实验法确定接触电阻所带来的各种问题，提高了确定接触电阻的准确度。
图5为本发明一实施例提供的接触电阻计算装置的示意图，如图5所示，该装置包括：
几何模型建立模块501，用于针对悬垂线夹和地线建立悬垂线夹地线几何模型，该悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间未接触；
导电桥设置模块502，用于在悬垂线夹几何模型与地线几何模型之间设置导电桥，该导电桥用于表示悬垂线夹与地线之间的接触区域；
接触电阻计算模块503，用于对设置有导电桥的悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到悬垂线夹与地线之间的接触电阻。
可选地，该几何模型建立模块501，具体用于：分别获取悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数；根据悬垂线夹的几何参数和地线的几何参数，建立悬垂线夹地线几何模型。
可选地，该接触电阻计算模块503，具体用于：在悬垂线夹几何模型和地线几何模型之间施加预定电流；通过计算获得导电桥两端的电压；根据预定电流和电压计算得到接触电阻。
另外地，导电桥为具有预定半径的圆柱体，并且导电桥的两端分别与悬垂线夹几何模型和地线几何模型接触。预定半径根据Holm公式计算得到。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
图6为本发明实施例提供的接触电阻计算装置的示意图，该装置可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备图像处理功能的计算设备。
该装置包括：存储器601、处理器602。
存储器601用于存储程序，处理器602调用存储器601存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (10)
1.一种接触电阻计算方法，其特征在于，所述方法用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，所述方法包括：
针对所述悬垂线夹和所述地线建立悬垂线夹地线几何模型，所述悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，所述悬垂线夹几何模型与所述地线几何模型之间未接触；
在所述悬垂线夹几何模型与所述地线几何模型之间设置导电桥，所述导电桥用于表示所述悬垂线夹与所述地线之间的接触区域；
对设置有所述导电桥的所述悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到所述悬垂线夹与所述地线之间的接触电阻。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述悬垂线夹和所述地线建立悬垂线夹地线几何模型，包括：
分别获取所述悬垂线夹的几何参数和所述地线的几何参数；
根据所述悬垂线夹的几何参数和所述地线的几何参数，建立所述悬垂线夹地线几何模型。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对设置有所述导电桥的所述悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到所述悬垂线夹与所述地线之间的接触电阻，包括：
在所述悬垂线夹几何模型和所述地线几何模型之间施加预定电流；
通过计算获得所述导电桥两端的电压；
根据所述预定电流和所述电压，计算得到所述接触电阻。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述导电桥为具有预定半径的圆柱体，所述导电桥的两端分别与所述悬垂线夹几何模型和所述地线几何模型接触。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定半径根据霍尔姆公式计算得到。
6.一种接触电阻计算装置，其特征在于，所述装置用于确定悬垂线夹与其内部的地线之间的接触电阻，所述装置包括：
几何模型建立模块，用于针对所述悬垂线夹和所述地线建立悬垂线夹地线几何模型，所述悬垂线夹地线几何模型包括悬垂线夹几何模型和地线几何模型，所述悬垂线夹几何模型与所述地线几何模型之间未接触；
导电桥设置模块，用于在所述悬垂线夹几何模型与所述地线几何模型之间设置导电桥，所述导电桥用于表示所述悬垂线夹与所述地线之间的接触区域；
接触电阻计算模块，用于对设置有所述导电桥的所述悬垂线夹地线几何模型进行电磁场仿真计算，得到所述悬垂线夹与所述地线之间的接触电阻。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述几何模型建立模块，具体用于：
分别获取所述悬垂线夹的几何参数和所述地线的几何参数；
根据所述悬垂线夹的几何参数和所述地线的几何参数，建立所述悬垂线夹地线几何模型。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述接触电阻计算模块，具体用于：
在所述悬垂线夹几何模型和所述地线几何模型之间施加预定电流；
通过计算获得所述导电桥两端的电压；
根据所述预定电流和所述电压计算得到所述接触电阻。
9.如权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述导电桥为具有预定半径的圆柱体，并且所述导电桥的两端分别与所述悬垂线夹几何模型和所述地线几何模型接触。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定半径根据霍尔姆公式计算得到。
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