CN112484779B - 一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，需要在档距两侧各安装一个导线温度及倾角传感器，收集待测导线的特性参数和线路基础作为常量，获取已知状态量，测得部分未知状态量，最后计算未知状态下导线的等值覆冰厚度。该电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法具有下列优点：第一，本发明可实现对电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测，打破了传统倾角覆冰监测仅适用于孤立档模式的局限性；第二，本发明扩大了倾角覆冰监测的适用范围，推动了倾角覆冰监测的发展；第三，本发明能够更大限度地发挥倾角覆冰监测的作用，进一步推动了输电线路在线监测的发展，保障了输电线路的运行安全。

Description

一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法

技术领域

本发明涉及输电线路覆冰监测技术领域，具体为一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法。

背景技术

国内外等值覆冰厚度的监测方法多种多样，包括倾角法、称重法、图像等效判别法、气象法等。其中，倾角法是通过获取导线的温度和倾角，利用导线状态方程来推算导线的覆冰情况。采用该方法的监测装置安装方便，无需替换金具，且可以适用于孤立档场合的覆冰监测。

然而，现有的方法在非孤立档场合存在适用局限性的问题，大大限制了该方法的推广使用，使其在等值覆冰厚度监测上的优势得不到有效发挥。因此，目前急需要一种非孤立档模式下的倾角覆冰监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，以解决上述背景技术中提出现有的方法在非孤立档场合存在适用局限性的问题，大大限制了该方法的推广使用，使其在等值覆冰厚度监测上的优势得不到有效发挥。因此，目前急需要一种非孤立档模式下的倾角覆冰监测方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在塔体档距两侧各安装一个导线温度及倾角传感器，并由电力公司提供基础数据，收集待测导线的特性参数和线路基础数据作为常量；

步骤二：将常量数据作为m，并获取m状态量，同时获取的m状态量包括m状态下导线温度t_m(℃)、m状态下导线挂点A处的倾斜角θ_Am(°)、m状态下导线挂点B处的倾斜角θ_Bm(°)；

步骤三：测得n状态下导线的温度t_n(℃)、导线挂点A处的倾斜角θ_An(°)、导线挂点B处的倾斜角θ_βn(°)，将监测仪表和数据采集模块内部的采集数据传输至计算模块进行计算；

步骤四：计算n状态下的高差角βn,由

和

可得

故β_n＝tan^-1[(tanθ_An-tanθ_Bn)/2]，式中，γn表示n状态下的导线综合比载(N/m.mm²)，ιn表示n状态下的档距(m)，hn表示n状态下的高差(m)，σn表示n状态下的导线水平应力(N/mm²)；

步骤五：计算n状态下的高差变化量△h和档距变化量△ι，并且对档距变化量△ι进行真伪判定；

步骤六：计算

的值；

步骤七：计算n状态下的导线水平应力σ_n；

步骤八：计算n状态下的导线综合比载γ_n；

步骤九：计算n状态下的导线单位长度荷载w_n；

步骤十：计算n状态下的等值覆冰厚度b(mm)；

步骤十一：计算完成后的数据能够传输存储至检测中心，方便随时使用提取。

优选的，所述收集待测导线的特性参数和线路基础数据，包括档距l(m)、高差h(m)、导线外径D(mm)、导线计算截面积S(mm²)、导线温度线膨胀系数α(10-6*1/℃)、导线单位长度自重w(N/m)、导线最终弹性系数E(N/mm²)、直线塔绝缘子串长度λ(m)、导线水平应力σ(N/mm²)、导线综合比载γ(N/m.mm²)。

优选的，所述导线挂点A处为本塔侧的导线挂点处，所述导线挂点B处为邻塔侧的导线挂点处。

优选的，所述高差变化量△h和档距变化量△ι在n状态下的计算方法为：

假设档距参数和高差参数分别变化为△ι+ι和△h+h,由

和△ι²+2λ△h+△h²＝0两个方程联立并整理可得：(1+tan²β_n)×△h²+2×(h-ιtanβ_n+λtan²β_n)×△h+(h-ιtanβ_n)²＝0

解此一元二次方程可得到△h的两个根，并设其分别为△h₁和△h₂，再代入上式可得:

计算得到相应的△ι₁和△ι₂。

优选的，所述的对档距变化量△ι进行真伪判定的方法，包括以下步骤：

(1)判断本侧档距是否大于邻侧档距；

(2)若本侧档距大于邻侧档距，则比较本时次与上个时次的两个导线倾斜角之和，若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＞0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为负值者；

若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＜0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为正值者，式中：(n-1)表示上一时次的值，△ι₁、△ι₂分别为△ι的两个根；

(3)若本侧档距小于邻侧档距：则采用相反的取值策略即可。

优选的，所述的计算

的值的方法为：

由

和

可得

优选的，所述计算n状态下的导线水平应力σ_n的方法，包括以下步骤：

1)计算档距、高差、外荷载不变，但导线温度变化条件下的导线水平应力σ_n1；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式为：

由于外荷载不变，可将其简化为：

并进一步转换为：

由牛顿迭代法计算得到σ_n1。

2)计算外荷载和导线温度不变，但档距、高差变化条件下的导线水平应力σ_n2；

由存在不平衡张力条件下的导线状态方程的一般式：

式中，σ_m由σ_n1代入计算，由牛顿迭代法计算得到σ_n2；

3)计算导线温度、档距及高差不变，但外荷载变化条件下的导线水平应力σ_n3；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式，由于导线温度不变，可将其简化为：

式中，σ_m由σ_n2代入计算，

由上述的

代入计算，l由△ι+ι代入计算，计算得到σ_n3。

优选的，所述计算n状态下的导线综合比载γ_n的方法为：将

变化为γ_nι_n＝(tanθ_An+tanθ_Bn)×cosβ_n×σ_n，由ι_n＝△ι+ι，计算得到γ_n。

优选的，所述计算n状态下导线单位长度荷载的方法为：由w_n＝γ_n×s，计算得到w_n，所述计算等值覆冰厚度b(mm)的方法为：由w_n＝w+0.027728b×(b+D)，解一元二次方程即可得到结果b

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法具有下列优点：第一，本发明可实现对耐张塔-直线塔模式下的倾角覆冰监测，打破了传统倾角覆冰监测仅适用于孤立档模式的局限性；第二，本发明扩大了倾角覆冰监测的适用范围，推动了倾角覆冰监测的发展；第三，本发明能够更大限度地发挥倾角覆冰监测的作用，进一步推动了输电线路在线监测的发展，保障了输电线路的运行安全。

附图说明

图1为本发明系统传感器安装示意图；

图2为本发明监测方法流程示意图；

图3为本发明数据采集传输流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在塔体档距两侧各安装一个导线温度及倾角传感器，并由电力公司提供基础数据，收集待测导线的特性参数和线路基础数据作为常量；

步骤二：将常量数据作为m，并获取m状态量，同时获取的m状态量包括m状态下导线温度t_m(℃)、m状态下导线挂点A处的倾斜角θ_Am(°)、m状态下导线挂点B处的倾斜角θ_Bm(°)；

步骤三：测得n状态下导线的温度t_n(℃)、导线挂点A处的倾斜角θ_An(°)、导线挂点B处的倾斜角θ_βn(°)，将监测仪表和数据采集模块内部的采集数据传输至计算模块进行计算；

步骤四：计算n状态下的高差角βn,由

和

可得

故β_n＝tan^-1[(tanθ_An-tanθ_Bn)/2]，式中，γn表示n状态下的导线综合比载(N/m.mm²)，ιn表示n状态下的档距(m)，hn表示n状态下的高差(m)，σn表示n状态下的导线水平应力(N/mm²)；

步骤五：计算n状态下的高差变化量△h和档距变化量△ι，并且对档距变化量△ι进行真伪判定；

步骤六：计算

的值；

步骤七：计算n状态下的导线水平应力σ_n；

步骤八：计算n状态下的导线综合比载γ_n；

步骤九：计算n状态下的导线单位长度荷载w_n；

步骤十：计算n状态下的等值覆冰厚度b(mm)；

步骤十一：计算完成后的数据能够传输存储至检测中心，方便随时使用提取。

本发明中：收集待测导线的特性参数和线路基础数据，包括档距l(m)、高差h(m)、导线外径D(mm)、导线计算截面积S(mm²)、导线温度线膨胀系数α(10-6*1/℃)、导线单位长度自重w(N/m)、导线最终弹性系数E(N/mm²)、直线塔绝缘子串长度λ(m)、导线水平应力σ(N/mm²)、导线综合比载γ(N/m.mm²)。

本发明中：导线挂点A处为本塔侧的导线挂点处，导线挂点B处为邻塔侧的导线挂点处。

本发明中：所述高差变化量△h和档距变化量△ι在n状态下的计算方法为：

假设档距参数和高差参数分别变化为△ι+ι和△h+h,由

和△ι²+2λ△h+△h²＝0两个方程联立并整理可得：(1+tan²β_n)×△h²+2×(h-ιtanβ_n+λtan²β_n)×△h+(h-ιtanβ_n)²＝0

解此一元二次方程可得到△h的两个根，并设其分别为△h₁和△h₂，再代入上式可得:

计算得到相应的△ι₁和△ι₂。

本发明中：对档距变化量△ι进行真伪判定的方法，包括以下步骤：

(1)判断本侧档距是否大于邻侧档距；

(2)若本侧档距大于邻侧档距，则比较本时次与上个时次的两个导线倾斜角之和，若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＞0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为负值者；

若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＜0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为正值者，式中：(n-1)表示上一时次的值，△ι₁、△ι₂分别为△ι的两个根；

(3)若本侧档距小于邻侧档距：则采用相反的取值策略即可。

本发明中：计算

的值的方法为：

由

和

可得

本发明中：计算n状态下的导线水平应力σ_n的方法，包括以下步骤：

1)计算档距、高差、外荷载不变，但导线温度变化条件下的导线水平应力σ_n1；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式为：

由于外荷载不变，可将其简化为：

并进一步转换为：

由牛顿迭代法计算得到σ_n1。

2)计算外荷载和导线温度不变，但档距、高差变化条件下的导线水平应力σ_n2；

由存在不平衡张力条件下的导线状态方程的一般式：

式中，σ_m由σ_n1代入计算，由牛顿迭代法计算得到σ_n2；

3)计算导线温度、档距及高差不变，但外荷载变化条件下的导线水平应力σ_n3；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式，由于导线温度不变，可将其简化为：

式中，σ_m由σ_n2代入计算，

由上述的

代入计算，l由△ι+ι代入计算，计算得到σ_n3。

本发明中：计算n状态下的导线综合比载γ_n的方法为：将

变化为γ_nι_n＝(tanθ_An+tanθ_Bn)×cosβ_n×σ_n，由ι_n＝△ι+ι，计算得到γ_n

本发明中：计算n状态下导线单位长度荷载的方法为：由w_n＝γ_n×s，计算得到w_n，计算等值覆冰厚度b(mm)的方法为：由w_n＝w+0.027728b×(b+D)，解一元二次方程即可得到结果b。

在上述实施例中，以某型号为JLHA1/G1A-400/95的导线做为待测导线，收集到的导线的特性参数和线路基础数据包括：档距l＝549(m)、高差h＝27(m)、导线外径D＝39.5(mm)、导线计算截面积S＝1112.29(mm²)、导线温度线膨胀系数σ＝20.7(10-6*1/℃)、导线单位长度自重w＝33.8551(N/m)、导线最终弹性系数E＝64090(N/mm²)、直线塔绝缘子串长度λ＝9.735(m)、导线水平应力σ＝38.2628(N/mm²)、导线综合比载γ＝0.030458(N/m.mm²)。

获取已知状态量包括：已知状态下导线温度t_m＝13.5(℃)、已知状态下导线挂点A处的倾斜角θ_Am＝15(°)、已知状态下导线挂点B处的倾斜角θ_Bn＝9.625(°)。

测得未知状态量包括：未知状态下导线的温度t_n＝-10(℃)、导线挂点A处的倾斜角θ_An＝15.541(°)、导线挂点B处的倾斜角θ_Bn＝10.187(°)。

经过上述实施例中的计算模型最终计算得到在该导线的未知状态下，导线的等值覆冰厚度b＝21(mm)

工作原理：本发明使用前，在需要监测的耐张塔-直线塔顶端上端固定安装上合适的导线温度及倾角主传感器和其他监测导线数据的传感器，再由检测中心对塔顶导线受力等数据的历史数据表进行提取，并找出待测耐张塔-直线塔的初始状态表，用于代入数据，对接下来的结果进行准确的计算，并且还需要将塔边可利用常数表的地方进行数据收集，保证计算后的数据能够保持准确性。

本发明使用过程中，将收集的待测导线的特性参数和线路基础数据作为常量，测得部分未知量，就能够代入上述公式计算未知状态下导线的等值覆冰厚度。

综上所述：该电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法将检测的数据和已知的数据相加同时进行计算，保证了计算结果的准确性，同时还具有下列优点：第一，本发明可实现对耐张塔-直线塔模式下的倾角覆冰监测，打破了传统倾角覆冰监测仅适用于孤立档模式的局限性；第二，本发明扩大了倾角覆冰监测的适用范围，推动了倾角覆冰监测的发展；第三，本发明能够更大限度地发挥倾角覆冰监测的作用，进一步推动了输电线路在线监测的发展，保障了输电线路的运行安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：在塔体档距两侧各安装一个导线温度及倾角传感器，并且需要安装其他相应的传感器，需要在塔体的外部放置多个监测仪表用于观测，收集待测导线的特性参数和线路基础数据作为常量；

步骤二：将常量数据作为m，并获取m状态量，同时获取的m状态量包括m状态下导线温度t_m℃、m状态下导线挂点A处的倾斜角θ_Am°、m状态下导线挂点B处的倾斜角θ_Bm°，所述导线挂点A处为本塔侧的导线挂点处，所述导线挂点B处为邻塔侧的导线挂点处；

步骤三：测得n状态下导线的温度t_n℃、导线挂点A处的倾斜角θ_An°、导线挂点B处的倾斜角θ_βn°，将监测仪表和数据采集模块内部的采集数据传输至计算模块进行计算；

步骤四：计算n状态下的高差角βn,由

和

可得

故β_n＝tan^-1[(tanθ_An-tanθ_Bn)/2]，式中，γn表示n状态下的导线综合比载，ιn表示n状态下的档距，hn表示n状态下的高差，σn表示n状态下的导线水平应力；

步骤五：计算n状态下的高差变化量△h和档距变化量△ι，并且对档距变化量△ι进行真伪判定，所述对档距变化量△ι进行真伪判定的方法，包括以下步骤：

(1)判断本侧档距是否大于邻侧档距；

(2)若本侧档距大于邻侧档距，则比较本时次与上个时次的两个导线倾斜角之和，若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＞0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为负值者；

若(tanθ_An+tanθ_Bn)-(tanθ_An-1+tanθ_Bn-1)＜0，分别计算出△ι_1n-△ι_1(n-1)与△ι_2n-△ι_2(n-1)，取△ι_n-△ι_n-1的两个根中为正值者，式中：n-1表示上一时次的值，△ι₁、△ι₂分别为△ι的两个根；

(3)若本侧档距小于邻侧档距：则采用相反的取值策略即可；

步骤六：计算

的值；

步骤七：计算n状态下的导线水平应力σ_n；

步骤八：计算n状态下的导线综合比载γ_n；

步骤九：计算n状态下的导线单位长度荷载w_n；

步骤十：计算n状态下的等值覆冰厚度b；

步骤十一：计算完成后的数据能够传输存储至检测中心，方便随时使用提取。

2.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述收集待测导线的特性参数和线路基础数据，包括档距l、高差h、导线外径D、导线计算截面积S、导线温度线膨胀系数α、导线单位长度自重w、导线最终弹性系数E、直线塔绝缘子串长度λ、导线水平应力σ、导线综合比载γ。

3.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述高差变化量△h和档距变化量△ι在n状态下的计算方法为：

假设档距参数和高差参数分别变化为△ι+ι和△h+h,由

和△ι²+2λ△h+△h²＝0两个方程联立并整理可得：(1+tan²β_n)×△h²+2×(h-ιtanβ_n+λtan²β_n)×△h+(h-ιtanβ_n)²＝0

解此一元二次方程可得到△h的两个根，并设其分别为△h₁和△h₂，再代入上式可得:

计算得到相应的△ι₁和△ι₂。

4.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述计算

的值的方法为：

由

和

可得

5.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述计算n状态下的导线水平应力σ_n的方法，包括以下步骤：

1)计算档距、高差、外荷载不变，但导线温度变化条件下的导线水平应力σ_n1；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式为：

由于外荷载不变，可将其简化为：

并进一步转换为：

由牛顿迭代法计算得到σ_n1；

2)计算外荷载和导线温度不变，但档距、高差变化条件下的导线水平应力σ_n2；

由存在不平衡张力条件下的导线状态方程的一般式：

式中，σ_m由σ_n1代入计算，由牛顿迭代法计算得到σ_n2；

3)计算导线温度、档距及高差不变，但外荷载变化条件下的导线水平应力σ_n3；

由孤立档情形下导线状态方程的一般式，由于导线温度不变，可将其简化为：

式中，σ_m由σ_n2代入计算，

由上述的

代入计算，l由△ι+ι代入计算，计算得到σ_n3。

6.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述计算n状态下的导线综合比载γ_n的方法为：

将

变化为γ_nι_n＝(tanθ_An+tanθ_Bn)×cosβ_n×σ_n，由ι_n＝△ι+ι，计算得到γ_n。

7.根据权利要求1所述的一种电力线路杆塔受力模式下的倾角覆冰监测方法，其特征在于：所述计算n状态下导线单位长度荷载的方法为：由w_n＝γ_n×s，计算得到w_n，所述计算n状态下的等值覆冰厚度b的方法为：由w_n＝w+0.027728b×(b+D)，解一元二次方程即可得到结果b。

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