CN110889542A - 一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法 - Google Patents

一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法 Download PDF

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吴念
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周正钦
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白波
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Abstract

本发明涉及一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，随着环境温度的变化以及导线负荷的不断变化，导致输电线路导线和被跨越架空地线温度的变化，从而引起二者弧垂的上升或下降。由于弧垂变化幅度的不同，会导致导地线电气安全距离的缩小。该方案是根据导线弧垂悬链基础模型和架空地线弧垂悬链基础模型的计算方法，判断在任意温度条件下导线弧垂和架空地线弧垂的变化程度，通过两者弧垂变化的差值来测算导地线的电气安全距离。通过本发明，能够预测未来一段时间内导线和架空地线的电气安全距离是否满足要求。

Description

一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法
技术领域
本发明涉及电气安全技术领域，具体涉及一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法。
背景技术
传统的对输电线路导线和架空地线交叉跨越的空间垂直距离的测量主要采用经纬仪、全站仪或测距杆测距进行距离测量，然后根据测量的距离和架空输电线路运行规程或者设计规范规定的电气安全距离进行对比。即使近年来无人机激光测距技术得到广泛应用，但是，只能进行静态的测距，无法预测各种温度条件下(尤其是在极端温度条件下)输电线路导线和架空地线交叉跨越之间的电气安全距离。由于导地线温度会随着外界气温的变化而变化，从而引起导地线弧垂的升高或下降。鉴于输电线路导线和被跨越架空地线材质不同，而且导线本身有电流经过，在相同的环境温度下导地线温度有一定的差异，而且导线和架空地线交叉跨越点到所在线路杆塔的距离不同，多重因素导致弧垂的变化幅度的不同。这就有必要预测在任意温度条件下输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测。
发明内容
本发明的目的，针对现有及技术的上述缺陷，提出一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，包括步骤：
获取输电线路导线的自重比载与档距，根据观测输电线路导线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路导线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路导线的预测应力，基于输电线路导线的预测应力计算不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧；
获取输电线路架空地线的自重比载与档距，根据观测输电线路架空地线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路架空地线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路架空地线的预测应力，基于输电线路架空地线的预测应力计算不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧；
将不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧与观测得到输电线路导线的实际垂弧之差作为输电线路导线的弧垂高差；
将不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧与观测得到输电线路架空地线的实际垂弧之差作为输电线路架空地线的弧垂高差；
根据无人机线路通道三维建模数据，获取输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离，结合输电线路导线的弧垂高差与输电线路架空地线的弧垂高差，计算输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离，并判断净空距离是否大于输电线路设计规范规定的输电线路导线与输电线路架空地线之间的最小电气安全距离。
根据以上方案，输电线路导线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(1)计算得到；
Figure BDA0002279308870000021
其中，q为导、地线的单位长度质量，单位为kg/km；A为导、地线的截面，单位为mm2；g为重力加速度，g＝9.80665，单位为m/s2。
根据以上方案，输电线路导线观测弧垂的应力计算公式为公式(2)：
Figure BDA0002279308870000031
其中，r为输电线路导线的自重比载，单位为MPa/m；f1为观测的输电线路导线弧垂，单位为m；σ1为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β为高差角，单位为°。
根据以上方案，不同温度下的输电线路导线预测应力如公式(3)所示：
Figure BDA0002279308870000032
公式中的E为导线弹性系数，α为温度膨胀系数，根据输电线路导线型号查出，r与l就是上述公式的比载与档距，t1与t2分别为导线高温的温度与测量弧垂时的温度，通过此公式计算出高温应力。
根据以上方案，不同温度情况下输电线路导线任一点弧垂计算如公式(4)所示：
Figure BDA0002279308870000033
温度变化之后，则输电线路导线的弧垂高差为f＝f2-f1。
根据以上方案，输电线路架空地线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(5)计算得到；
Figure BDA0002279308870000034
q1为输电线路架空地线的单位长度质量，单位为kg/km；A1为输电线路架空地线的截面，单位为mm2；g1为重力加速度，g1＝9.80665，单位为m/s2。
根据以上方案，输电线路架空地线观测弧垂的应力计算公式为公式(6)：
Figure BDA0002279308870000035
其中，r1为输电线路架空地线的自重比载，单位为MPa/m；f11为观测的输电线路架空地线弧垂，单位为m；σ11为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx1为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β1为高差角，单位为°。
根据以上方案，不同温度下的输电线路架空地线预测应力如公式(7)所示：
Figure BDA0002279308870000041
公式中的E1为输电线路架空地线弹性系数，a1为输电线路架空地线温度膨胀系数，根据输电线路架空地线型号查出，r1与l为比载与档距，t21与t11分别为变化后与测量时输电线路架空地线的温度，通过此公式计算出温度变化后的应力。
根据以上方案，不同温度情况下输电线路架空地线任一点弧垂计算如公式(8)所示：
Figure BDA0002279308870000042
温度变化之后，则输电线路架空地线的弧垂高差为f0＝f21-f11。
根据以上方案，输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离表示为公式(9)；
h＝h1-f+f0 (9)
其中，h1为输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离。
区别于现有技术，本发明是一种基于导地线任意温度条件下的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离的动态预测方法，随着环境温度的变化以及导线负荷的不断变化，导致输电线路导线和被跨越架空地线温度的变化，从而引起二者弧垂的上升或下降。由于弧垂变化幅度的不同，会导致导地线电气安全距离的缩小。该方案是根据导线弧垂悬链基础模型和架空地线弧垂悬链基础模型的计算方法，判断在任意温度条件下导线弧垂和架空地线弧垂的变化程度，通过两者弧垂变化的差值来测算导地线的电气安全距离。通过本发明，能够预测未来一段时间内导线和架空地线的电气安全距离是否满足要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法的流程示意图。
图2是本发明提供的一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法中任意温度条件下架空输电线路导地线交叉跨越电气安全距离变化示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，包括步骤：
S110：获取输电线路导线的自重比载与档距，根据观测输电线路导线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路导线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路导线的预测应力，基于输电线路导线的预测应力计算不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧。
根据工程资料，直接查出不同温度时的该档距所在耐张段的代表应力，比载与档距，就可以直接求出弧垂，不用观测。但大部分情况下，需要进行观测，比如工程资料不齐全，或是导线实际数据与工程数据有一定出入时，可以通过无人机先观测实际弧垂，再计算温度升高情况下的弧垂。
输电线路导线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(1)计算得到；
Figure BDA0002279308870000061
其中，q为导、地线的单位长度质量，单位为kg/km；A为导、地线的截面，单位为mm2；g为重力加速度，g＝9.80665，单位为m/s2。
输电线路导线导线观测弧垂的应力计算公式为公式(2)：
Figure BDA0002279308870000062
其中，r为输电线路导线的自重比载，单位为MPa/m；f1为观测的输电线路导线弧垂，单位为m；σ1为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β为高差角，单位为°。
输电线路架空地线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(5)计算得到；
Figure BDA0002279308870000063
q1为输电线路架空地线的单位长度质量，单位为kg/km；A1为输电线路架空地线的截面，单位为mm2；g1为重力加速度，g1＝9.80665，单位为m/s2。
输电线路架空地线观测弧垂的应力计算公式为公式(6)：
Figure BDA0002279308870000064
其中，r1为输电线路架空地线的自重比载，单位为MPa/m；f11为观测的输电线路架空地线弧垂，单位为m；σ11为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx1为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β1为高差角，单位为°。
S120：获取输电线路架空地线的自重比载与档距，根据观测输电线路架空地线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路架空地线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路架空地线的预测应力，基于输电线路架空地线的预测应力计算不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧。
不同温度下的输电线路导线预测应力如公式(3)所示：
Figure BDA0002279308870000071
公式中的E为输电线路导线弹性系数，α为温度膨胀系数，根据输电线路导线型号查出，r与l就是上述公式的比载与档距，t1与t2分别为输电线路导线高温的温度与测量弧垂时的温度，通过此公式计算出高温应力。
不同温度情况下导线任一点弧垂计算如公式(4)所示：
Figure BDA0002279308870000072
温度变化之后，则输电线路导线的弧垂高差为f＝f2-f1。
不同温度下的输电线路架空地线预测应力如公式(7)所示：
Figure BDA0002279308870000073
公式中的E1为输电线路架空地线弹性系数，α1为输电线路架空地线温度膨胀系数，根据输电线路架空地线型号查出，r1与l为比载与档距，t21与t11分别为变化后与测量时输电线路架空地线的温度，通过此公式计算出温度变化后的应力。
不同温度情况下输电线路架空地线任一点弧垂计算如公式(8)所示：
Figure BDA0002279308870000081
温度变化之后，则输电线路导线的弧垂高差为f0＝f21-f11。
S130：将不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧与观测得到输电线路导线的实际垂弧之差作为输电线路导线的弧垂高差。
温度变化之后，则输电线路导线的弧垂高差为f＝f2-f1。
S140：将不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧与观测得到输电线路架空地线的实际垂弧之差作为输电线路架空地线的弧垂高差。
温度变化之后，则输电线路架空地线的弧垂高差为f0＝f21-f11。
S150：根据无人机线路通道三维建模数据，获取输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离，结合输电线路导线的弧垂高差与输电线路架空地线的弧垂高差，计算输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离，并判断净空距离是否大于输电线路设计规范规定的输电线路导线与输电线路架空地线之间的最小电气安全距离。
如图2所示，输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离表示为公式(9)；
h＝h1-f+f0 (9)
其中，h1为输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离。
若要满足导线弧垂点和架空地线弧垂点的垂直距离，则需要确保：h≥d；其中，d为输电线路设计规范规定的输电线路导线与输电线路架空地线之间的最小电气安全距离。
区别于现有技术，本发明是一种基于导地线任意温度条件下的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离的动态预测方法，随着环境温度的变化以及导线负荷的不断变化，导致输电线路导线和被跨越架空地线温度的变化，从而引起二者弧垂的上升或下降。由于弧垂变化幅度的不同，会导致导地线电气安全距离的缩小。该方案是根据导线弧垂悬链基础模型和架空地线弧垂悬链基础模型的计算方法，判断在任意温度条件下导线弧垂和架空地线弧垂的变化程度，通过两者弧垂变化的差值来测算导地线的电气安全距离。通过本发明，能够预测未来一段时间内导线和架空地线的电气安全距离是否满足要求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，包括步骤：
获取输电线路导线的自重比载与档距，根据观测输电线路导线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路导线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路导线的预测应力，基于输电线路导线的预测应力计算不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧；
获取输电线路架空地线的自重比载与档距，根据观测输电线路架空地线的实际垂弧及自重比载，计算输电线路架空地线观测垂弧的应力及不同温度下的输电线路架空地线的预测应力，基于输电线路架空地线的预测应力计算不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧；
将不同温度情况下输电线路导线上任意点的垂弧与观测得到输电线路导线的实际垂弧之差作为输电线路导线的弧垂高差；
将不同温度情况下输电线路架空地线上任意点的垂弧与观测得到输电线路架空地线的实际垂弧之差作为输电线路架空地线的弧垂高差；
根据无人机线路通道三维建模数据，获取输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离，结合输电线路导线的弧垂高差与输电线路架空地线的弧垂高差，计算输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离，并判断净空距离是否大于输电线路设计规范规定的输电线路导线与输电线路架空地线之间的最小电气安全距离。
2.根据权利要求1所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，输电线路导线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(1)计算得到；
Figure FDA0002279308860000021
其中，q为导、地线的单位长度质量，单位为kg/km；A为导、地线的截面，单位为mm2；g为重力加速度，g＝9.80665，单位为m/s2。
3.根据权利要求2所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，输电线路导线观测弧垂的应力计算公式为公式(2)：
Figure FDA0002279308860000022
其中，r为输电线路导线的自重比载，单位为MPa/m；f1为观测的输电线路导线弧垂，单位为m；σ1为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β为高差角，单位为°。
4.根据权利要求3所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，不同温度下的输电线路导线预测应力如公式(3)所示：
Figure FDA0002279308860000023
公式中的E为导线弹性系数，α为温度膨胀系数，根据输电线路导线型号查出，r与l就是上述公式的比载与档距，t1与t2分别为导线高温的温度与测量弧垂时的温度，通过此公式计算出高温应力。
5.根据权利要求4所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，不同温度情况下输电线路导线任一点弧垂计算如公式(4)所示：
Figure FDA0002279308860000024
温度变化之后，则输电线路导线的弧垂高差为f＝f2-f1。
6.根据权利要求1所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，输电线路架空地线的自重比载与档距从工程资料中获取，在工程资料不全时，通过公式(5)计算得到；
Figure FDA0002279308860000031
q1为输电线路架空地线的单位长度质量，单位为kg/km；A1为输电线路架空地线的截面，单位为mm2；g1为重力加速度，g1＝9.80665，单位为m/s2。
7.根据权利要求6所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，输电线路架空地线观测弧垂的应力计算公式为公式(6)：
Figure FDA0002279308860000032
其中，r1为输电线路架空地线的自重比载，单位为MPa/m；f11为观测的输电线路架空地线弧垂，单位为m；σ11为观测时求出的观测档所在耐张段的代表档距的代表应力，单位为MPa；l为档距，单位为m；lx1为测量点距离小号侧的水平距离，单位为m；β1为高差角，单位为°。
8.根据权利要求7所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，不同温度下的输电线路架空地线预测应力如公式(7)所示：
Figure FDA0002279308860000033
公式中的E1为输电线路架空地线弹性系数，a1为输电线路架空地线温度膨胀系数，根据输电线路架空地线型号查出，r1与l为比载与档距，t21与t11分别为变化后与测量时输电线路架空地线的温度，通过此公式计算出温度变化后的应力。
9.根据权利要求8所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，不同温度情况下输电线路架空地线任一点弧垂计算如公式(8)所示：
Figure FDA0002279308860000041
温度变化之后，则输电线路架空地线的弧垂高差为f0＝f21-f11。
10.根据权利要求9所述的输电线路导地线交叉跨越电气安全距离动态预测方法，其特征在于，输电线路导线与输电线路架空地线交叉跨越的电气距离表示为公式(9)；
h＝h1-f+f0 (9)
其中，h1为输电线路导线弧垂对应输电线路架空地线弧垂的电气安全距离。
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