CN110967582B - 一种导线温升实验装置及其实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种导线温升实验装置及其实验方法，实验装置包括实验箱、风机单元、风速测量单元、温度测量单元、电流源单元和采集控制单元；实验箱两端开口，一端开口上设有出风口朝向实验箱内腔的风机单元；风速测量单元包括多个能够安装于实验箱内腔中导线安装位置的风速传感器，温度测量单元包括多个用于测量被测导线温度的温度传感器，风机单元的启停和风速控制输入端，以及风速传感器和温度传感器的输出端分别连接采集控制单元；实验箱两侧壁上设有导线安装支架，电流源单元包括用于连接被测导线的电流输出端，以在电流源单元与被测导线之间形成电流回路。利用本发明提供的实验装置进行导线温升实验，可在保证测量工作方便快捷的基础上提高测量结果的准确性。

Description

一种导线温升实验装置及其实验方法
技术领域
本发明涉及输变电用导线电性能研究技术领域，特别是一种导线温升实验装置及其实验方法。
背景技术
随着输电电压等级的提高（交流1000kV、直流±1100kV），通过提高输电电压等级达到提升输电容量的方式已经在行业内被应用到极致，而随着计算学科的发展，各国学者重新研究导线的热载荷能力，通过提高计算精度而确定导线最大允许载流量，对挖掘现有电网潜在的输电能力有重要的工程价值。国内现阶段还没有可适用于大截面导线的试验方法和平台，且对于大于设计风速下的设计结果缺乏试验验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种导线温升实验装置及其实验方法，可对指定风速和电流下的导线开展温升实验，能够适用于大截面导线的电性能分析。
本发明采取的技术方案为：一种导线温升实验装置，包括实验箱、风机单元、风速测量单元、温度测量单元、电流源单元和采集控制单元；
所述实验箱两端开口，风机单元安装于实验箱的一端开口上，风机单元的出风口朝向实验箱内腔；风机单元的启停和风速控制输入端连接采集控制单元；
风速测量单元包括多个能够安装于实验箱内腔中导线安装位置的风速传感器，风速传感器的输出端连接采集控制单元；
温度测量单元包括多个用于测量被测导线温度的温度传感器，温度传感器的输出端连接采集控制单元；
实验箱两侧壁上设有导线安装支架，电流源单元包括用于连接被测导线的电流输出端，以在电流源单元与被测导线之间形成电流回路。
本发明在应用时，可由采集控制单元结合风速测量单元形成对风机单元的反馈控制，以提供指定风速，在实验箱内腔中形成均匀风场区，模拟架空导线的应用环境，进而对均匀风场区的大截面导线进行通流试验，再通过温度传感器测量导线在通流过程中的温度变化情况，进而可根据导线电流与温升、空气流速、光照等的关系计算出被测导线在设定温度、风速、光照等条件下的最大载流量。
采集控制单元可采用现有的单片机等微处理器实现温度、风速等数据的采集，以及风机的启停和风速控制。
可选的，实验箱两侧壁上多个相对应的位置上分别安装有风速分量传感器；实验箱两侧还分别设有环境温度传感器；风速分量传感器和环境温度传感器的输出端连接采集控制单元。风速分量传感器可用于风速分量的采集，加入导线温升分析计算中，提高对环境的分析准确性。环境温度传感器可用于采集和分析参考。
可选的，所述多个温度传感器在导线的迎风侧和背风侧分别沿导线方向均匀分布，并贴置于导线表面。温度传感器在迎风侧和背风侧可分别均匀设置3个。温度传感器优选为精度0.01 ℃的光纤温度传感器。
可选的，实验箱两侧壁上的导线安装支架的连线垂直于风机单元的出风风向。也即，本发明中导线方向优选为垂直为风机单元的出风口风向，可简化计算。
可选的，所述实验箱的顶板为透明玻璃材质，其它组成板为厚度0.01m的木板或光滑高密度板。可方便顶部阳光辐射，分析过程考虑阳光辐射造成的温升因素。
可选的，所述实验箱内腔的长度为2m，宽度和高度分别为1m。既能够适应大截面导线的温升实验，得到较为可靠的实验结果，同时不会占用太大的空间。内腔长度方向即平行于风向的方向。
可选的，所述电流源单元的最大功率为3kw，能够持续3-5小时在4m长的钢芯铝导线中通过最大3000A的电流。
可选的，所述采集控制单元以0.1m/s的风速差对风机单元进行风速控制。
本发明还提供一种前述导线温升实验装置的实验方法，包括：
S1，在未放置导线的导线安装位置均匀布置多个风速测量传感器；
S2，开启风机单元对实验箱内腔吹风，采集风速传感器感应的风速数据，根据预设的风速目标值以及实时风速数据，对风机单元进行调速，直至风速传感器感应的风速数据到达风速目标值，且多个风速传感器之间的偏差不超过预设偏差阈值；
S3，拆除各风速传感器，将已贴置温度传感器的待测导线安装于导线安装位置，并将电流源单元与导线连接形成通流回路；
S4，启动电流源单元向待测导线通流，间隔设定时间采集温度传感器的温度数据，直至设定时段内多次采集的温度数据偏差不超过设定阈值，则停止温度数据采集。
可选的，步骤S2中，风速传感器数量为3个，所述预设偏差阈值为0.1m/s。可上下略浮动。
可选的，箱体两侧壁上分别设有环境温度传感器；步骤S4中，启动电流源单元后，前1小时按照每5分钟一次采集温度传感器的温度数据，1小时后按照每20分钟一次采集温度传感器的温度数据，直至1小时内所采集的导线温度数据偏差不超过1℃，且环境温度数据偏差不超过0.5℃，则停止温度数据采集。所述温度数据偏差即设定时段内，采集的多次温度数据之间的偏差，每次数据可采用多个温度传感器的平均值。
有益效果
本发明的实验装置及其实验方法可用于对于各种指定风速和电流下的导线开展温升实验，实验过程方便快捷，可为大截面导线的敏感性分析以及计算模型的精度分析提供相应的试验数据支撑，从而可提高各种计算模型获得更准确导线载流量的能力，对挖掘现有电网潜在的输电能力有重要的工程价值。
附图说明
图1所示为本发明实验装置立体示意图；
图2所示为本发明实验装置工作原理示意图；
图3所示为利用本发明实验装置的实验方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1和图2所示，本实施例为一种导线温升实验装置，包括实验箱1、风机单元2、风速测量单元、温度测量单元、电流源单元5和采集控制单元4；
所述实验箱1两端开口，风机单元2安装于实验箱1的一端开口上，风机单元2的出风口朝向实验箱1内腔；风机单元2的启停和风速控制输入端连接采集控制单元4；
风速测量单元包括多个能够安装于实验箱内腔中导线安装位置的风速传感器，风速传感器的输出端连接采集控制单元；
温度测量单元包括多个用于测量被测导线温度的温度传感器6，温度传感器6的输出端连接采集控制单元；
实验箱1两侧壁上设有导线安装支架12，电流源单元5包括用于连接被测导线3的电流输出端，以在电流源单元5与被测导线3之间形成电流回路。
本发明在应用时，可由采集控制单元结合风速测量单元形成对风机单元的反馈控制，以提供指定风速，在实验箱内腔中形成均匀风场区，模拟架空导线的应用环境，进而对均匀风场区的大截面导线进行通流试验，再通过温度传感器测量导线在通流过程中的温度变化情况，进而可根据导线电流与温升、空气流速、光照等的关系计算出被测导线在设定温度、风速、光照等条件下的最大载流量。
采集控制单元可采用现有的单片机等微处理器实现温度、风速等数据的采集，以及风机的启停和风速控制。
实施例1-1
在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例中：
风机单元也可采用相互独立的风扇与风速控制器，工作人员可直接对风速控制器进行操作以控制风扇的风量。风扇（风机单元）的进风口连通至实验箱外部，出风口朝向实验箱内腔。在风速控制时，工作人员（或采集控制单元）可以0.1m/s的风速差对风机单元进行风速控制。
实验箱1两侧壁上多个相对应的位置上分别安装有风速分量传感器71，如图2中，风速分量传感器为2组4个；实验箱1两侧还分别设有环境温度传感器；风速分量传感器和环境温度传感器的输出端连接采集控制单元。风速分量传感器可用于风速分量的采集，加入导线温升分析计算中，提高对环境的分析准确性。环境温度传感器可用于采集和分析参考。
多个温度传感器6在导线的迎风侧和背风侧分别沿导线方向均匀分布，并贴置于导线表面。温度传感器在迎风侧和背风侧可分别均匀设置3个。温度传感器选为精度0.01℃的光纤温度传感器。
实验箱两侧壁上的导线安装支架的连线垂直于风机单元的出风风向。也即导线方向优选为垂直为风机单元的出风口风向，可简化计算。
实验箱的顶板为透明玻璃材质，其它组成板为厚度0.01m的木板或光滑高密度板。可方便顶部阳光辐射，分析过程考虑阳光辐射造成的温升因素。
实验箱内腔的长度为2m，宽度和高度分别为1m。既能够适应大截面导线的温升实验，得到较为可靠的实验结果，同时不会占用太大的空间。内腔长度方向即平行于风向的方向。
电流源单元的最大功率为3kw，能够持续3-5小时在4m长的钢芯铝导线中通过最大3000A的电流。
实施例2
本实施例为利用实施例1-1中导线温升实验装置的实验方法，包括：
S1，在未放置导线的导线安装位置均匀布置3个风速测量传感器；
S2，开启风机单元对实验箱内腔吹风，采集风速传感器感应的风速数据，根据预设的风速目标值以及实时风速数据，对风机单元进行调速，直至风速传感器感应的风速数据到达风速目标值，且多个风速传感器之间的偏差不超过预设偏差阈值；预设偏差阈值为0.1m/s，可上下略浮动；
S3，拆除各风速传感器，将已贴置温度传感器的待测导线安装于导线安装位置，并将电流源单元与导线连接形成通流回路；
S4，启动电流源单元向待测导线通流，间隔设定时间采集温度传感器的温度数据：
启动电流源单元后，前1小时按照每5分钟一次采集温度传感器的温度数据，1小时后按照每20分钟一次采集温度传感器的温度数据，直至1小时内所采集的导线温度数据偏差不超过1℃，且环境温度数据偏差不超过0.5℃，则停止温度数据采集。温度数据偏差即设定时段内，采集的多次温度数据之间的偏差，每次数据可采用多个温度传感器的平均值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导线温升实验装置的实验方法，其特征是，导线温升实验装置包括实验箱、风机单元、风速测量单元、温度测量单元、电流源单元和采集控制单元；所述实验箱两端开口，风机单元安装于实验箱的一端开口上，风机单元的出风口朝向实验箱内腔；风机单元的启停和风速控制输入端连接采集控制单元；风速测量单元包括多个能够安装于实验箱内腔中导线安装位置的风速传感器，风速传感器的输出端连接采集控制单元；温度测量单元包括多个用于测量被测导线温度的温度传感器，温度传感器的输出端连接采集控制单元；
实验箱两侧壁上设有导线安装支架，电流源单元包括用于连接被测导线的电流输出端，以在电流源单元与被测导线之间形成电流回路；
实验方法包括：
S1，在未放置导线的导线安装位置均匀布置多个风速测量传感器；
S2，开启风机单元对实验箱内腔吹风，采集风速传感器感应的风速数据，根据预设的风速目标值以及实时风速数据，对风机单元进行调速，直至风速传感器感应的风速数据到达风速目标值，且多个风速传感器之间的偏差不超过预设偏差阈值；
S3，拆除各风速传感器，将已贴置温度传感器的待测导线安装于导线安装位置，并将电流源单元与导线连接形成通流回路；
S4，启动电流源单元向待测导线通流，间隔设定时间采集温度传感器的温度数据，直至设定时段内多次采集的温度数据偏差不超过设定阈值，则停止温度数据采集。
2.根据权利要求1所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，步骤S2中，风速传感器数量为3个，所述预设偏差阈值为0.1m/s。
3.根据权利要求1所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，箱体两侧壁上分别设有环境温度传感器；步骤S4中，启动电流源单元后，前1小时按照每5分钟一次采集温度传感器的温度数据，1小时后按照每20分钟一次采集温度传感器的温度数据，直至1小时内所采集的导线温度数据偏差不超过1℃，且环境温度数据偏差不超过0.5℃，则停止温度数据采集。
4.根据权利要求1所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，实验箱两侧壁上多个相对应的位置上分别安装有风速分量传感器；实验箱两侧还分别设有环境温度传感器；风速分量传感器和环境温度传感器的输出端连接采集控制单元。
5.根据权利要求1或4所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，所述多个温度传感器在导线的迎风侧和背风侧分别沿导线方向均匀分布，并贴置于导线表面。
6.根据权利要求1或4所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，实验箱两侧壁上的导线安装支架的连线垂直于风机单元的出风风向。
7.根据权利要求1或4所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，所述实验箱的顶板为透明玻璃材质，其它组成板为厚度0.01m的木板或光滑高密度板；
所述实验箱内腔的长度为2m，宽度和高度分别为1m。
8.根据权利要求1或4所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，所述电流源单元的最大功率为3kw，能够持续3-5小时在4m长的钢芯铝导线中通过最大3000A的电流。
9.根据权利要求1或4所述的导线温升实验装置的实验方法，其特征是，所述采集控制单元以0.1m/s的风速差对风机单元进行风速控制。
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