CN110162916A - 一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法 - Google Patents

一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，首先对评估型号的架空导线进行不同温度下、分层的单丝铝线和钢芯拉断力测试，得出其实验拉断力T b的一系列参数；然后现场测量所需参数，计算出最大许用张力T；通过比较理论最大许用张力T与模拟实验拉断力T b的大小，判断出钢芯铝绞线能否继续承载运行条件。该方法避免了现场拆线，可以简单、快速评估其承载能力，从而为换线检修部门节约成本或提供参考。

Description

一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法
技术领域
本发明涉及一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法。
背景技术
我国是一个多山国家，架空输电线路不可避免地要经过植被茂密的林区，这样高压导线不可避免地受到山火的危害，并造成跳闸事故。而国内外对山火后高压导线力学性能及载流量的影响特性与规律方面分析较少，并且输电线路在山火条件下的运行与控制也缺少针对性，使得山火事故对输电线路和电网的安全和稳定造成了重大影响。山火视环境火势大小而造成对导线的烧伤程度不同，部分区域烧伤不厉害，部分区域较为严重。而表征火势烧伤程度主要反映在山火的温度，不同火势过后导线的紧张度(弧垂变大)、抗拉强度、导电性能都可能受到一定影响，特别是线路的强度，如果明显降低则会对输电安全构成重大隐患。现有线路检修策略都考虑到换线的问题，从力学角度出发，不同山火温度熏烧过后高压导线还能否承载这一问题摆在了电力工程师的面前。如果还能继续承载那么有可能可以适度调整换线周期及节约换线成本。
发明内容
本发明旨在提供一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，利用理论分析和模拟实验相结合的方法，分析判定不同温度烧烤后高压输电线路的承载能力。本评估方法避免了现场拆线，可以简单、快速评估其承载能力，从而为换线检修部门节约成本或提供参考。
本发明根据理论和实验所得到的数据，分析判定山火过后高压输电线路的承载能力。首先对评估型号的架空导线进行不同温度下、分层的单丝铝线和钢芯拉断力测试，得出其实验拉断力Tb的一系列参数；然后现场测量计算最大许用张力T所需参数。最后代入编制的Matlab程序进行判定该导线能否继续安全承载。本方法要进行铝股和钢芯股的分层拉断力实验，主要是为了模拟不同山火温度烧烤后导线可能存在铝层和钢芯层断股不一的情形。
本发明提供了一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，具体的评估测试步骤如下：
步骤一：通过管式电阻炉烧烤实验模拟不同山火温度烧烤导线，并最终确定综合实验拉断力Tb。
首先对评估案例中使用的架空导线进行数据记录。如导线型号，铝线层数M、第i层原有mi根铝线、烧断ni根，钢芯层数N、i层原有si根钢芯、烧断ti根；
截取该型号导线0.5m，依次放入管式电阻炉(如管式电阻炉SK2-6-12，控温精度±1℃)进行50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃的烧烤实验(温度可以自行设定，考虑到铝层的熔点，最好不要超过550度)。
30分钟后取出导线冷却至室温并进行分层铝线及钢芯的拉断力测试，记录第i层的铝线的平均拉断力为Tabi和钢芯的平均拉断力为Tsbi，那么第i层的铝线的综合拉断力为(mi-ni)Tabi和钢芯的综合拉断力为(si-ti)Tsbi。并填写下表1，最终得出综合拉断力Tb：
表1模拟实验中需记录的参数
所述管式电阻炉为有氧烧烤，并能自动控温保温，误差在±10℃内。对长度为1m的整组新导线熏烧，持续时间为30分钟。
步骤二：结合现场数据和理论推导得出高压输电导线的最大许用张力T：
对山火后现场架设的该型号导线分别进行如下测量或调查记录：水平档距l(m)，高度差h(m)，导线直径d(m)，全年最大覆冰厚度t(m)，导线质量线密度ρ1(kg/m)和冰密度ρ2(kg/m3)，当地重力加速度g(m/s2)，舞动安全系数ns。
根据经验公式可得到最大弧垂fm(m)为：
其中l为水平档距，β角为高差角(β＝arctan(h/l)，h为高度差)，σ0为导线最低点M点的水平应力，γ为电线单位长度、单位横截面上的荷载，那么(1)经过变形可得到：
再根据图2的受力图可知轴向应力σx为：
其中θ为轴线方向与水平方向的夹角。根据DL/T5092-1999，得到最高悬挂点(B点)的最大应力σB＝σx,max与最低点的最大使用应力σ0应满足下面关系：
则有：
另外，假设导线质量线密度为ρ1(kg/m)和冰密度为ρ2(kg/m3)，导线直径为d(导线横截面积A＝πd2/4)，覆冰厚度为t，则电线单位长度、单位横截面上的荷载γ为：
带入(5)式可以得到最大张应力σx,max：
最大张力Tmax为：
考虑到安全系数ns，取最大许用张力为T：
另外，根据实际承载要求，应满足以下关系式：
Tb≥T (10)
Tb为实验综合拉断力，钢芯铝绞线破坏时铝股和钢芯承受的最大张力分别为Tab和Tsb，根据经验有如下关系：
Tb＝0.95Tab+0.85Tsb (11)
假设该型号钢芯铝绞线共有M层铝线，第i层原有mi根铝线，烧断ni根，且剩余未断铝线的平均拉断力为Tabi，则第i层的铝线的综合拉断力为：
有N层钢芯，第i层原有si根钢芯，烧断ti根，且剩余未断钢芯的平均拉断力为Tsbi，则第i层的钢芯的综合拉断力为：
则带入公式(11)中得到：
根据公式(10)得出可否安全承载的判定条件：
上述的经验公式(1)和(9)参考自邵天晓编制的《架空送电线路的电线力学计算(第二版)》。
本发明内容中，只需测得现场如下表2中的数据，计算得到导线的最大许用张力T并与步骤一得出的综合拉断力Tb进行比较，如果Tb≥T则该导线可以继续承载，反之则不能承载。
表2现场需记录的参数
上述方法中，每一层铝线或是钢芯可能受到不同山火的火烤程度(温度)而表现不同的拉断力，并且在山火过后不同区域的铝线和钢芯的断股也不同，所以需要测试每一层铝线和钢芯的拉断力。
所述舞动安全系数ns是经验值，一般取值为2～4。
根据上述步骤一和步骤二可以编制以下Matlab程序，进行判定该导线能否继续安全承载：
>>format compact
format long
l＝；％档距
h＝；％高差
fm＝；％最大弧垂
ns＝；％安全系数
g＝；％重力加速度
p2＝；％冰密度
p1＝；％导线质量线密度
t＝；％覆冰厚度
d＝；％导线直径
m1＝；％第1层铝线原有根数
m2＝；％第2层铝线原有根数
m3＝；％第3层铝线原有根数
m4＝；％第4层铝线原有根数
m5＝；％第5层铝线原有根数
m6＝；％第1层钢芯原有根数
m7＝；％第2层钢芯原有根数
m8＝；％第3层钢芯原有根数
m9＝；％第4层钢芯原有根数
m10＝；％第5层钢芯原有根数
n1＝；％第1层铝线断根数
n2＝；％第2层铝线断根数
n3＝；％第3层铝线断根数
n4＝；％第4层铝线断根数
n5＝；％第5层铝线断根数
n6＝；％第1层钢芯断根数
n7＝；％第2层钢芯断根数
n8＝；％第3层钢芯断根数
n9＝；％第4层钢芯断根数
n10＝；％第5层钢芯断根数
N1＝m1-n1；％第1层铝线剩余有效根数
N2＝m2-n2；％第2层铝线剩余有效根数
N3＝m3-n3；％第3层铝线剩余有效根数
N4＝m4-n4；％第4层铝线剩余有效根数
N5＝m5-n5；％第5层铝线剩余有效根数
N6＝m6-n6；％第1层钢芯剩余有效根数
N7＝m7-n7；％第2层钢芯剩余有效根数
N8＝m8-n8；％第3层钢芯剩余有效根数
N9＝m9-n9；％第4层钢芯剩余有效根数
N10＝m10-n10；％第5层钢芯剩余有效根数
F1＝；％第1层铝线平均拉断力
F2＝；％第2层铝线平均拉断力
F3＝；％第3层铝线平均拉断力
F4＝；％第4层铝线平均拉断力
F5＝0；％第5层铝线平均拉断力
F6＝；％第1层钢芯平均拉断力
F7＝；％第2层钢芯平均拉断力
F8＝；％第3层钢芯平均拉断力
F9＝；％第4层钢芯平均拉断力
F10＝；％第5层钢芯平均拉断力
Tb＝0.95*(F1*N1+F2*N2+F3*N3+F4*N4+F5*N5)+0.85*(F6*N6+F7*N7+F8*N8+F9*N9+F10*N10)；％综合实验拉断力
T＝((p1+0.8*pi*t*(d+0.8*t)*p2)*g*l*ns*sqrt(l^2+h^2))/(8.888*fm)；％计算拉断力
ifTb>＝T
fprintf('正常承载')
else
fprintf('不能正常承载')
end
本发明的有益效果：
本发明根据理论和实验所得到的数据，分析判定山火过后高压输电线路的承载能力，避免了现场拆线，可以简单、快速评估其承载能力，从而为换线检修部门节约成本或提供参考。此外，本发明可通过Matlab程序来完成，该程序操作简单，可较快速地评估出不同温度烧烤后输电线路的承载问题，以确定在什么情况下，受山火影响的线路仍然可以继续安全运行。本发明对于及时恢复供电及节约重新拉线成本等都有重大意义，可避免因无法及时供电带来的巨大经济损失。
附图说明
图1为高压输电线路示意图；
图2为高压输电线路导线受力示意图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
(1)假设某导线型号为JL/G1A-400/50的架空导线经过山火200℃的烧烤，其中烧伤较严重的一根导线第1层铝线断裂2根，第2层铝线断裂1根，第3层铝线和钢芯完好。购置该信号导线并对照现场填写各层有效实验单丝导线根数如下表3。然后进行电阻炉烘烤试验，试验温度300℃，时间为30分钟。最后利用万能材料试验机对铝层和钢芯分别进行拉断力实验，即可得出每一层单丝导线的拉断力参数。最后计算得出综合拉断力Tb：
表3 JL/G1A-400/50的架空导线经过电阻炉300℃的烧烤
(2)查阅国标(GB1179-2008-T)并记录现场测试数据如下表4：并利用公式计算出许用张力T：
表4 JL/G1A-400/50的架空导线经过山火200℃的烧烤
(3)对比理论最大许用张力T与综合拉断力Tb可知，Tb<T则该导线不可以承载，应及时更换新导线。
实施例2：
(1)假设某导线型号为JL/G1A-500/45的架空导线经过山火400℃的烧烤，其中烧伤较严重的一根导线第1层铝线断裂4根，第2层铝线断裂2根，第3层铝线断裂1根。钢芯没断。购置该信号导线并对照现场填写各层有效实验单丝导线根数如下表5。然后进行电阻炉烘烤试验，试验温度300℃，时间为30分钟。最后利用万能材料试验机对铝层和钢芯分别进行拉断力实验，即可得出每一层单丝导线的拉断力参数。最后计算得出综合拉断力Tb：
表5 JL/G1A-500/45的架空导线经过电阻炉400℃的烧烤
(2)查阅国标(GB1179-2008-T)并记录现场测试数据如下表6：并利用公式计算出许用张力T：
表6 JL/G1A-500/45的架空导线经过山火400℃的烧烤
(3)对比理论最大许用张力T与综合拉断力Tb可知，Tb>T则该导线可以承载。
实施例3：
(1)假设某导线型号为JL/G1A-800/70的架空导线经过山火550℃的烧烤，其中烧伤较严重的一根导线第1层铝线断裂8根，第2层铝线断裂5根，第3层铝线断裂3根，第1层钢芯断2根数，第2层钢芯完好。购置该信号导线并对照现场填写各层有效实验单丝导线根数如下表7。然后进行电阻炉烘烤试验，试验温度550℃，时间为30分钟。最后利用万能材料试验机对铝层和钢芯分别进行拉断力实验，即可得出每一层单丝导线的拉断力参数。最后计算得出综合拉断力Tb：
表7 JL/G1A-800/70的架空导线经过电阻炉550℃的烧烤
(2)查阅国标(GB1179-2008-T)并记录现场测试数据如下表8：并利用公式计算出许用张力T：
表8 JL/G1A-800/70的架空导线经过山火550℃的烧烤
(3)对比理论最大许用张力T与综合拉断力Tb可知，Tb<T则该导线不可以承载，应及时更换新导线。

Claims (7)

1.一种评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：首先对评估型号的架空导线进行不同温度下、分层的单丝铝线和钢芯拉断力测试，得出其实验拉断力Tb的一系列参数；然后现场测量计算最大许用张力T所需参数；最后代入编制的Matlab程序进行判定该导线能否继续安全承载。
2.根据权利要求1所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：具体的评估测试步骤如下：
①采用管式电阻炉进行模拟不同山火温度的熏烧实验，截取该型号导线0.5m，记录好该型号的钢芯铝绞线有m层铝线、n层钢芯，然后依次进行550℃以下的烧烤实验；
30分钟后取出导线冷却至室温，并进行分层铝线及钢芯的拉断力测试，记录第i层的si根铝线的平均拉断力为Tabi和ti根钢芯的平均拉断力为Tsbi，最后带入公式：计算出综合模拟实验拉断力Tb；
②对山火后现场架设的该型号导线分别进行如下测量或调查记录：档距l，高度差h与最大弧垂fm，导线直径d，全年最大覆冰厚度t，导线质量线密度ρ1和冰密度ρ2，当地重力加速度g，舞动安全系数ns，代入理论公式：计算出最大许用张力T；
③比较上面的理论最大许用张力T与模拟实验拉断力Tb，如果Tb≥T，则该导线可以满足承载运行条件，如果Tb＜T，则不能满足承载运行条件。
3.根据权利要求2所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：所述管式电阻炉为有氧烧烤，并能自动控温保温，误差在±10℃内。
4.根据权利要求3所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：所述管式电阻炉的型号为SK2-6-12，控温精度为±1℃；依次进行50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃的烧烤实验。
5.根据权利要求2所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：所述模拟熏烧实验中，对长度为1m的整组新导线熏烧，持续时间为30分钟。
6.根据权利要求2所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：步骤②中，用经纬仪分别测量档距X、最大弧垂fm、高度差H，每个物理量各测三次，取平均值。
7.根据权利要求2所述的评估山火熏烧后架空钢芯铝绞线承载能力的方法，其特征在于：所述舞动安全系数ns的取值为2-3。
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