CN111767505B - 一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，包括查找监测数据库，查找出导线温度接近0℃且无覆冰工况下的绝缘子串挂点监测综合荷载为X₀；获取终端传感器数据，在选定时间段t内，计算出直线塔绝缘子串挂点综合荷载序列X(X₁，X₂，…，X_n)，与对应时刻采集的导线温度序列T(T₁，T₂，…，T_n)；根据序列X，求出绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)，并根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列；取选定时间段的时间序列为t(t₁，t₂，…，t_n)，对应时间点的覆冰厚度序列B(B₁，B₂，…，B_n)，计算出在选定时间段的覆冰速率ω。本方法基于架空输电线路直线塔绝缘子串挂点拉力和导线温度能准确有效地计算出覆冰速率ω。

Description

一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法。

背景技术

国南方地区输电线路覆冰情况严峻，输电线路覆冰容易造成杆塔塔材屈服、导线断裂、冰闪跳闸等事故，不但危害输电线路的安全运行，并且会给社会造成巨大的经济损失。

掌握现场冰情是做好电网防冰抗冰工作的基础，其中输电线路导线覆冰速率是重要的参考指标，覆冰速率可以直接反映现场冰冻雨雪天气的变化趋势，为及时做好防冰抗冰准备工作至关重要。然而，目前国内行业领域尚无相关的监测方法和产品。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，包括：

查找监测数据库，查找出导线温度接近0℃且无覆冰工况下的绝缘子串挂点监测综合荷载为X₀；

获取终端传感器数据，在选定时间段t内，计算出直线塔绝缘子串挂点综合荷载序列X(X₁，X₂，…，X_n)，与对应时刻采集的导线温度序列T(T₁，T₂，…，T_n)；

根据序列X，求出绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)，并根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列；

取选定时间段的时间序列为t(t₁，t₂，…，t_n)，对应时间点的覆冰厚度序列B(B₁，B₂，…，B_n)，计算出在选定时间段的覆冰速率ω。

进一步地，所述终端传感器包括拉力传感器和温度传感器。

进一步地，所述直线塔绝缘子串挂点综合荷载通过如下方式计算获得：

以某一直线塔B塔作为计算塔位，通过查询杆塔设计资料，获悉0℃工况下A、B两塔之间的导线最大弧垂的f_m，通过式(1)～(3)求出B塔垂直档距范围内的导线长度S及导线重量G：

G＝NAg₀S (3)

式中，g₀为导线垂直比载；σ₀为导线水平应力；N为导线分裂数；A为导线计算截面积；l_AB为A塔和B塔之间的档距；l_BC为B塔和C塔之间的档距；h_AB为B塔相对A塔绝缘子串挂点高差；h_BC为B塔相对C塔绝缘子串挂点高差；cosβ_AB为A、B两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦；cosβ_BC为B、C两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦；cosβ_AB与cosβ_BC两个参数分别根据下式计算求出：

此时，在0℃工况下，B塔绝缘子串挂点综合荷载由下式计算得出：

式中，θ为绝缘子串夹角；M为绝缘子串总重量；

其中，A塔和C塔为B塔相邻的塔。

进一步地，所述绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)通过下式计算获得：

F_i＝F_Σ+X_i-X₀,i＝1,2,...,n (7)

进一步地，所述根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列包括：

假设B塔在覆冰工况下的垂直档距不变，那么导线覆冰厚度序列B由下式计算求出：

式中，G′为覆冰工况下杆塔垂直档距内导线重量序列；d为导线直径；

若B塔的两侧高差为正，覆冰后垂直档距将变大，式(9)计算的覆冰厚度将偏大；若B塔两侧高差为负，覆冰后垂直档距将变小，式(9)计算的覆冰厚度将偏小，因此需进一步修正；

根据式(10)求出覆冰工况下的导线比载序列g₁：

根据对应的导线温度序列T，根据式(11)求出覆冰工况下的导线水平应力序列σ₁：

式中，α为导线热膨胀系数；E为导线弹性系数；l_r为代表档距；

为代表高差角。

进一步，计算出覆冰工况下B塔的垂直档距下导线长度序列S′：

此时，计算的覆冰厚度序列B′为：

根据计算过程，若B塔的两侧高差为正，B′将偏小；若B塔两侧高差为负，覆冰B′将偏大，采用序列B和序列B′的平均值，作为最终输出的覆冰厚度序列，即：

进一步地，所述覆冰速率ω根据下式求出：

其中，

进一步地，所述拉力传感器安装在绝缘子串与杆塔塔材连接位置。

进一步地，温度传感器安装在导线并沟线夹或悬垂线夹外侧

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本方法基于架空输电线路直线塔绝缘子串挂点拉力和导线温度能准确有效地计算出覆冰速率ω。

附图说明

图1为本发明实施例提供的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法的流程图；

图2为监测绝缘子串挂点荷载的拉力传感器安装示意图；

图3为监测导线温度的传感器安装示意图；

图4为计算塔位参数模型示意图；

图5为在某次覆冰过程中覆冰速率监测效果图。

具体实施方式

实施例：

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参阅图1所示，本实施例提供的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法包括如下步骤：

101、查找监测数据库，查找出导线温度接近0℃且无覆冰工况下的绝缘子串挂点监测综合荷载为X₀。其中，该接近0℃是指0±1℃，该检测数据库由平时无覆冰工况下，拉力传感器所监测到的数据集合所组成。

102、获取终端传感器数据，在选定时间段t内，计算出直线塔绝缘子串挂点综合荷载序列X(X₁，X₂，…，X_n)，与对应时刻采集的导线温度序列T(T₁，T₂，…，T_n)。如此，通过获取监测挂点综合荷载的增量作为输入计算的参数来作为输入计算的参数，能够避免拉力传感器零漂对监测效果的影响，保证监测结构的准确性。

103、根据序列X，求出绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)，并根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列。

104、取选定时间段的时间序列为t(t₁，t₂，…，t_n)，对应时间点的覆冰厚度序列B(B₁，B₂，…，B_n)，计算出在选定时间段的覆冰速率ω。

由此可见，本方法基于架空输电线路直线塔绝缘子串挂点拉力和导线温度能准确有效地计算出覆冰速率ω。

具体地，上述的终端传感器包括有拉力传感器和温度传感器。其中，塔绝缘子串荷载的采集用的拉力传感器安装示意图如图2所示，拉力传感器1安装在绝缘子串2与杆塔塔材3连接位置，以准确地测量出载荷数据，若同一相别绝缘子串有多个挂点，综合荷载为各挂点监测荷载之和；导线温度的采集用的温度传感器安装示意图如图3所示，温度传感器4安装在导线并沟线夹或悬垂线夹外侧，以准确监测出温度数值。拉力传感器和温度传感器所采集到的数据在具体应用的过程中，可以通过过IP网络等方式传输回后台主站服务器或系统中，以便于后续的分析计算，也就是说，上述的直线塔绝缘子串挂点综合荷载序列X(X₁，X₂，…，X_n)是经过分析计算后所得到的。

具体地，该直线塔绝缘子串挂点综合荷载的计算方式如下：

考虑连续的A、B、C三基杆塔，如图4所示，以直线塔B塔作为计算塔位。通过查询杆塔设计资料，可以获悉0℃工况下A、B两塔之间的导线最大弧垂的f_m，通过式(1)～(3)，可以求出B塔垂直档距范围内的导线长度S及导线重量G。

G＝NAg₀S (3)

式中，g₀为导线垂直比载；σ₀为导线水平应力；N为导线分裂数；A为导线计算截面积；l_AB为A塔和B塔之间的档距；l_BC为B塔和C塔之间的档距；h_AB为B塔相对A塔绝缘子串挂点高差；h_BC为B塔相对C塔绝缘子串挂点高差；cosβ_AB为A、B两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦；cosβ_BC为B、C两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦。cosβ_AB与cosβ_BC两个参数分别根据下式计算求出：

此时，在0℃工况下，B塔绝缘子串挂点综合荷载可由下式计算得出：

式中，θ为绝缘子串夹角；M为绝缘子串总重量。

绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)通过下式计算获得：

F_i＝F_Σ+X_i-X₀,i＝1,2,...,n (7)

如此，通过如上的计算方式即可以准确有效地计算出绝缘子挂点计算综合荷载序列。

由于不同的气象环境下，输电线路导线上形成的覆冰类型不同，根据输电线路覆冰密度的不同，常见的覆冰类型包括雨凇、雾凇、混合凇三类。

进一步地，所述根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列通过如下方式计算获得：

假设B塔在覆冰工况下的垂直档距不变，那么导线覆冰厚度序列B由下式计算求出：

式中，G′为覆冰工况下杆塔垂直档距内导线重量序列；d为导线直径；

若B塔的两侧高差为正，覆冰后垂直档距将变大，式(9)计算的覆冰厚度将偏大；若B塔两侧高差为负，覆冰后垂直档距将变小，式(9)计算的覆冰厚度将偏小，因此需进一步修正；

根据式(10)求出覆冰工况下的导线比载序列g₁：

根据对应的导线温度序列T，根据式(11)求出覆冰工况下的导线水平应力序列σ₁：

式中，α为导线热膨胀系数；E为导线弹性系数；l_r为代表档距；

为代表高差角。

进一步，计算出覆冰工况下B塔的垂直档距下导线长度序列S′：

此时，计算的覆冰厚度序列B′为：

根据计算过程，若B塔的两侧高差为正，B′将偏小；若B塔两侧高差为负，覆冰B′将偏大，采用序列B和序列B′的平均值，作为最终输出的覆冰厚度序列，即：

为了进一步求出在选定时间段内的覆冰速率，取选定时间段的时间序列为t(t₁，t₂，…，t_n)，对应时间点的覆冰厚度序列B(B₁，B₂，…，B_n)，根据一维线性回归模型，在选定时间段的覆冰速率ω根据下式求出：

其中，

如此，通过上述的方式即可以准确有效地计算出覆冰速率。

输电线路的覆冰速率同杆塔所处的微地形环境具有紧密的联系。一般处于山顶、迎风坡、风口等位置的杆塔导线覆冰速率较大，处于山脚、背风坡、盆地等位置的杆塔导线覆冰速率较小。为了提高覆冰速率的监测效果，在实际应用时，本方法要求在重覆冰区段连续若干基杆塔安装传感器终端，对覆冰速率进行监测，这样可以体现出同一区域不同地形条件下各杆塔之间的覆冰速率差异。

如桂山甲乙线某个重覆冰区段重，乙线112#、113#塔同处于山顶位置，其余塔位处于地势较低的位置，采用连续塔位监测的方式并采用本实施例所提供的法法，在某次覆冰过程中覆冰速率监测效果如图5所示。由图5可知，通过采用本实施例所提供的方法能够准确有效地监测获得覆冰速率。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，包括：

查找监测数据库，查找出导线温度接近0℃且无覆冰工况下的绝缘子串挂点监测综合荷载为X₀；

获取终端传感器数据，在选定时间段t内，计算出直线塔绝缘子串挂点综合荷载序列X(X₁，X₂，…，X_n)，与对应时刻采集的导线温度序列T(T₁，T₂，…，T_n)；

根据序列X，求出绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)，并根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列；

取选定时间段的时间序列为t(t₁，t₂，…，t_n)，对应时间点的覆冰厚度序列B(B₁，B₂，…，B_n)，计算出在选定时间段的覆冰速率ω；

所述直线塔绝缘子串挂点综合荷载通过如下方式计算获得：

以某一直线塔B塔作为计算塔位，查询杆塔设计资料库，获悉0℃工况下A、B两塔之间的导线最大弧垂的f_m，通过式(1)～(3)求出B塔垂直档距范围内的导线长度S及导线重量G：

G＝NAg₀S (3)

式中，g₀为导线垂直比载；σ₀为导线水平应力；N为导线分裂数；A为导线计算截面积；l_AB为A塔和B塔之间的档距；l_BC为B塔和C塔之间的档距；h_AB为B塔相对A塔绝缘子串挂点高差；h_BC为B塔相对C塔绝缘子串挂点高差；cosβ_AB为A、B两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦；cosβ_BC为B、C两塔绝缘子串挂点间的高差角余弦；cosβ_AB与cosβ_BC两个参数分别根据下式计算求出：

此时，在0℃工况下，B塔绝缘子串挂点综合荷载由下式计算得出：

式中，θ为绝缘子串夹角；M为绝缘子串总重量；

其中，A塔和C塔为B塔相邻的塔。

2.如权利要求1所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，所述终端传感器包括拉力传感器和温度传感器。

3.如权利要求1所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，所述绝缘子挂点计算综合荷载序列F(F₁，F₂，…，F_n)通过下式计算获得：

F_i＝F_Σ+X_i-X₀,i＝1,2,...,n (7)。

4.如权利要求3所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，所述根据综合荷载序列F计算输出覆冰厚度序列包括：

假设B塔在覆冰工况下的垂直档距不变，那么导线覆冰厚度序列B由下式计算求出：

式中，G′为覆冰工况下杆塔垂直档距内导线重量序列；d为导线直径；

若B塔的两侧高差为正，覆冰后垂直档距将变大；若B塔两侧高差为负，覆冰后垂直档距将变小；

根据式(10)求出覆冰工况下的导线比载序列g₁：

根据对应的导线温度序列T，根据式(11)求出覆冰工况下的导线水平应力序列σ₁：

式中，α为导线热膨胀系数；E为导线弹性系数；l_r为代表档距；

为代表高差角；

计算出覆冰工况下B塔的垂直档距下导线长度序列S′：

此时，计算的覆冰厚度序列B′为：

采用序列B和序列B′的平均值，作为最终输出的覆冰厚度序列，即：

5.如权利要求1所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，所述覆冰速率ω根据下式求出：

其中，

6.如权利要求2所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，所述拉力传感器安装在绝缘子串与杆塔塔材连接位置。

7.如权利要求2所述的监测输电线路直线塔导线覆冰速率的方法，其特征在于，温度传感器安装在导线并沟线夹或悬垂线夹外侧。

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