CN113701689A - 一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法及系统，包括建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段首尾端的第一耐张串轴向张力和第二耐张串轴向张力；向有限元仿真模型施加覆冰荷载，获得对应的第三耐张串轴向张力和第四耐张串轴向张力；当第一拉力监测值大于第一耐张串轴向张力，且第二拉力监测值大于第二耐张串轴向张力时，计算输电线路的第一等值覆冰厚度和第二等值覆冰厚度；基于第一等值覆冰厚度、第二等值覆冰厚度与覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计算最终等值覆冰厚度。本发明能够减小覆冰厚度计算结果的误差，从而提高输电线路覆冰监测准确度。

Description

一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法及系统

技术领域

本发明涉及输电线路覆冰监测领域，尤其涉及一种耐张塔输电线路等值覆 冰厚度测量方法及系统。

背景技术

输电线路覆冰严重影响电网的安全稳定运行，极端天气情况的出现使得输 电线大面积覆冰事件频发，从而发生输电线路断线、导线舞动、倒塔、绝缘子 闪络等事故，给电网部门造成巨大的经济财产损失。由于覆冰带来巨大危害， 开展输电线路覆冰监测越来越迫切。称重法因其原理简单、技术成熟，在国内 电网覆冰监测获得广泛应用，并逐步成为行业规范。而拉力传感器是称重法应 用的关键器件，其安装位置的不规范导致覆冰计算结果与实际值的误差较大， 从而影响覆冰监测结果的准确度。

发明内容

本发明提供一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法及系统，以解决现 有技术覆冰计算结果与实际值的误差较大的问题，本发明能够减小覆冰厚度计 算结果的误差，从而提高输电线路覆冰监测准确度，避免覆冰监测系统预警误 报。

本发明实施例提供了一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，包括：

建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段的首端的第一 耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串轴向张力；

向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载，获得与所述 预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串轴向张力和所述尾端的第四 耐张串轴向张力；

当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监测到的第一拉力监测值 大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐张塔上的第二拉力传感 器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张力时，根据所述第一耐 张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆冰厚 度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力计算得到所述输 电线路的第二等值覆冰厚度；

基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度理论 值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计算得到所述输电线路 的最终等值覆冰厚度。

进一步地，在所述基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与 所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置后，所述方法还包 括：

根据所述布置位置，将第三拉力传感器布置在所述首端的耐张塔上或所述 尾端的耐张塔上；

根据所述有限元仿真模型，获得无覆冰工况下的第五耐张串轴向张力；

向所述有限元仿真模型施加若干均匀覆冰或不均匀覆冰的覆冰荷载，获得 相应的若干第二耐张串轴向张力，绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图；

根据所述散点图，采用数据拟合方法，获取关于覆冰厚度与耐张串轴向张 力的曲线拟合公式；

当第三拉力传感器监测到的第三拉力监测值大于所述第五耐张串轴向张力 时，将所述第三拉力监测值代入所述曲线拟合公式，得到所述输电线路的最终 等值覆冰厚度。

进一步地，在所述有限元仿真模型中，通过沿线向节点施加集中力等效模 拟覆冰荷载，其中，根据下式计算得到所述集中力：

ω＝0.9πgb(b+D)×10^-3

T＝ωL＝[0.9πgb(b+D)×10^-3]L

其中，D为输电线外径，b为覆冰厚度，g为重力加速度，ω为输电线单位 长度重力，L为有限元单元长度，T为施加到有限元仿真模型的集中力大小。

进一步地，所述根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力 计算得到输电线路的第一等值覆冰厚度，包括：

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一平均等效长度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第一最大等效长 度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一平均等效长度、所述第一最大等效长度和所述第三耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第一等值覆冰厚度：

式中，F₁为所述第三耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av1为所述第一平均等效长度，l_max1为所述第一最大 等效长度。

进一步地，所述根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力 计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度，包括：

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二平均等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二最大等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二平均等效长度、所述第二最大等效长度和所述第四耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度：

式中，F₂为所述第四耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av2为所述第二平均等效长度，l_max2为所述第二最大 等效长度。

进一步地，所述绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图，包括：

当所述覆冰荷载为不均匀覆冰时，所述散点图的覆冰厚度为所述耐张段的 平均覆冰厚度；

其中，根据预设的第一公式计算所述平均覆冰厚度，或，根据预设的第二 公式计算所述平均覆冰厚度；

所述第一公式为：

在所述第一公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，S_i为第i档的输电线长度，

为 耐张段的平均覆冰厚度；

所述第二公式为：

在所述第二公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，l_i为第i档档距长度，

为耐张 段的平均覆冰厚度。

相应地，本发明实施例还提供一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量系统， 包括：

建立仿真模型模块，用于建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工 况下耐张段的首端的第一耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串轴 向张力；

施加覆冰荷载模块，用于向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值 的覆冰荷载，获得与所述预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串轴 向张力和所述尾端的第四耐张串轴向张力；

第一计算模块，用于当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监测 到的第一拉力监测值大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐张 塔上的第二拉力传感器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张力 时，根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线 路的第一等值覆冰厚度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向 张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度；

第二计算模块，用于基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度 与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计 算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测 量方法及系统，通过建立有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段首尾两端 的耐张串轴向张力，向有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载， 获得对应的耐张段首尾两端的耐张串轴向张力，根据上述耐张串轴向张力计算 得到第一等值覆冰厚度和第二等值覆冰厚度，基于所述第一等值覆冰厚度、所 述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置 位置，采用称重法计算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。本发明实施例 通过耐张串轴向张力计算得到等值覆冰厚度，并与预设覆冰厚度理论值对比， 确定拉力传感器的布置位置，减小覆冰厚度计算结果的误差，从而提高输电线 路覆冰监测准确度，避免覆冰监测系统预警误报。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法的 流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量系统的 结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种耐张塔所在的耐张段为“三塔两档”的输 电线路模型图。

图4是本发明实施例提供的覆冰厚度-耐张串轴向张力散点图。

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作出创造 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。

参见图1，是本发明实施例提供的一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方 法的流程示意图，所述测量方法包括：

S11、建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段的首端的 第一耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串轴向张力；

具体地，通过以下步骤建立输电线路的有限元仿真模型：

结合输电线路的结构特点，选择适当的有限元单元类型，并确定其实常数 和材料属性；基于直接迭代法确定输电线的初始形态，求出满足预应力状态和 边界条件的结构形状；对绝缘子串建模，建立输电线-绝缘子串耦合模型。其中， 悬垂串上端位置固定不动，下端与输电线铰接，悬垂串与输电线连接点能够移 动；根据仿真工况设定覆冰荷载；指定约束条件，定义分析类型、荷载数据和 荷载步选项，打开大变形开关，进行有限元求解；有限元求解结果后处理部分， 定义轴向张力单元表，列表显示单元轴向张力，根据单元编号提取耐张串轴向 张力。可以理解的，对有限元仿真模型不施加静力，通过有限元求解，获得无覆冰工况下的耐张串轴向张力。

S12、向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载，获得与 所述预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串轴向张力和所述尾端的 第四耐张串轴向张力；

可以理解的，将预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载等效换算为集中力，并将 该集中力施加到有限元仿真模型，通过有限元求解，获得与所述预设覆冰厚度 理论值对应的所述首端的第三耐张串轴向张力和所述尾端的第四耐张串轴向张 力。

S13、当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监测到的第一拉力监 测值大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐张塔上的第二拉力 传感器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张力时，根据所述第 一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆 冰厚度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力计算得到所 述输电线路的第二等值覆冰厚度；

可以理解的，当所述第一拉力监测值不大于所述第一耐张串轴向张力，或 第二拉力监测值不大于所述第二耐张串轴向张力时，输电线路的等值覆冰厚度 为0；

S14、基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度 理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计算得到所述输电 线路的最终等值覆冰厚度。

具体地，基于所述第一等值覆冰厚度b₁、所述第二等值覆冰厚度b₂与所述 覆冰厚度理论值b₀的比较结果确定拉力传感器的布置位置：

当|b₁-b₀|＜|b₂-b₀|时，拉力传感器布置在耐张段首端的耐张塔上；

当|b₁-b₀|＞|b₂-b₀|时，拉力传感器布置在耐张段尾端的耐张塔上；

当|b₁-b₀|＝|b₂-b₀|时，拉力传感器布置在耐张段首端的耐张塔上或耐张段尾端的耐张塔上。

在另一可选实施例中，在所述基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值 覆冰厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置后，所 述方法还包括：

根据所述布置位置，将第三拉力传感器布置在所述首端的耐张塔上或所述 尾端的耐张塔上；

根据所述有限元仿真模型，获得无覆冰工况下的第五耐张串轴向张力；

向所述有限元仿真模型施加若干均匀覆冰或不均匀覆冰的覆冰荷载，获得 相应的若干第二耐张串轴向张力，绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图；

根据所述散点图，采用数据拟合方法，获取关于覆冰厚度与耐张串轴向张 力的曲线拟合公式；

具体地，分析数据点在平面直角坐标系的分布特征，把握覆冰厚度随耐张 串轴向张力的变化趋势，计算覆冰厚度与耐张串轴向张力的相关系数，以此表 征上述两个变量之间相关关系密切程度，相关系数的表达式为

其中，x_i为第i个耐张串轴向张力数据，y_i为第i个覆冰厚度数据，

为耐 张串轴向张力数据平均值，

为覆冰厚度数据平均值，n为数据点总数。

根据相关系数，结合散点图中离散点的分布，选择合适的函数类型对数据 点进行拟合，所选择的函数类型尽可能是初等函数，保证曲线拟合公式的简洁 性；

当第三拉力传感器监测到的第三拉力监测值大于所述第五耐张串轴向张力 时，将所述第三拉力监测值代入所述曲线拟合公式，得到所述输电线路的最终 等值覆冰厚度。

具体地，当所述第三拉力监测值不大于所述第五耐张串轴向张力时，输电 线路的等值覆冰厚度为0；当所述第三拉力监测值大于所述第五耐张串轴向张力 时，将所述第三拉力监测值代入所述曲线拟合公式，得到所述输电线路的最终 等值覆冰厚度

在本发明实施例中，通过有限元仿真得到与覆冰厚度对应的耐张串轴向张 力，推导得到覆冰厚度与耐张串轴向张力的曲线拟合公式，实现耐张塔输电线 路等值覆冰厚度，提高了输电线路覆冰计算方法的简洁性。

作为上述方案的改进，在所述有限元仿真模型中，通过沿线向节点施加集 中力等效模拟覆冰荷载，其中，根据下式计算得到所述集中力：

ω＝0.9πgb(b+D)×10^-3

T＝ωL＝[0.9πgb(b+D)×10^-3]L

其中，D为输电线外径，b为覆冰厚度，g为重力加速度，ω为输电线单位 长度重力，L为有限元单元长度，T为施加到有限元仿真模型的集中力大小。

作为上述方案的改进，所述根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张 串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆冰厚度，包括：

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一平均等效长度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第一最大等效长 度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一平均等效长度、所述第一最大等效长度和所述第三耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第一等值覆冰厚度：

式中，F₁为所述第三耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av1为所述第一平均等效长度，l_max1为所述第一最大 等效长度。

作为上述方案的改进，所述根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张 串轴向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度，包括：

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二平均等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二最大等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二平均等效长度、所述第二最大等效长度和所述第四耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度：

式中，F₂为所述第四耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av2为所述第二平均等效长度，l_max2为所述第二最大 等效长度。

作为上述方案的改进，所述绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图，包括：

当所述覆冰荷载为不均匀覆冰时，所述散点图的覆冰厚度为所述耐张段的 平均覆冰厚度；

其中，根据预设的第一公式计算所述平均覆冰厚度，或，根据预设的第二 公式计算所述平均覆冰厚度；

所述第一公式为：

在所述第一公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，S_i为第i档的输电线长度，

为 耐张段的平均覆冰厚度；

所述第二公式为：

在所述第二公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，l_i为第i档档距长度，

为耐张 段的平均覆冰厚度。

可以理解的，为简化起见，档距内输电线长度可用档距长度代替，因此可 以根据预设的第二公式计算所述平均覆冰厚度。

需要说明的，在本发明实施例中，对于不均匀覆冰，通过有限元仿真的方 法，获得不均匀覆冰下耐张串轴向张力，用耐张段覆冰量的平均覆冰厚度表征 不均匀覆冰时耐张段覆冰程度，建立平均覆冰厚度与耐张串轴向张力的数据集； 根据预设的第一公式或预设的第二公式计算得到平均覆冰厚度；对于均匀覆冰， 通过改变覆冰厚度大小，获得不同覆冰厚度对应的耐张串张力大小，其覆冰厚 度就是平均覆冰厚度；

以平均覆冰厚度为因变量，耐张串轴向张力为自变量，在平面直角坐标系 中绘制平均覆冰厚度与耐张串轴向张力两个变量的散点图。

在一具体实施中，参见图3，上述方法作用于某110kV输电线路耐张该该 该耐张段的设计冰厚为30mm，导线分裂数为1，导线型号为 JLHA1/G1A-185/30-26/7，导线单位长度重量为0.73kg/m，导线外径为18.88mm， 绝缘子串重量为150kg，绝缘子串型为I串，绝缘子串夹角为0，某时刻拉力传 感器监测到的拉力监测值为1957kg。设档距长度分别为l₁＝150m，l₂＝196m，大 号侧悬挂点与小号侧悬挂点的高度差分别为h₁＝-40m，h₂＝50m。

运用有限元法和全尺寸仿真模拟方法，建立输电线路的有限元仿真模型： 根据输电线和绝缘子串的结构特点和连接方式，选择合适的单位类型进行仿真 模拟，建立输电线-绝缘子串耦合模型，采用直接迭代法确定输电线初始形态以 及运用集中力模拟方法等效模拟覆冰荷载。指定约束条件，定义分析类型、荷 载数据和荷载步选项，然后进行有限元求解，提取耐张串轴向张力。

通过有限元仿真计算，获得无风且无覆冰工况下的耐张串轴向张力为 263kg。

分别施加均匀覆冰和不均匀覆冰的覆冰荷载，通过有限元求解，获得对应 的耐张串轴向张力，如下表所示：

由上表可知，对于均匀覆冰的情况，通过向大号侧档距与小号侧档距施加 相同覆冰厚度的覆冰荷载模拟均匀覆冰情况，在大号侧档距和小号侧档距同时 施加5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm五种不同覆冰厚度的覆冰荷 载进行多次仿真计算，获得与其对应的耐张串轴向张力；对于不均匀覆冰的情 况，通过向大号侧档距与小号侧杆塔档距不同覆冰厚度的覆冰荷载模拟不均匀 覆冰情况。

根据有限元计算结果，绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力散点图，如图4所示， 其中，覆冰厚度和耐张串轴向张力呈正相关，且覆冰厚度和耐张串张力呈线性 关系，计算相关系数R²＝0.9313。

根据相关系数，采用线性拟合方式进行拟合， 曲线拟合公式为b＝0.0185F-0.2089。

由于拉力监测值1957kg大于无风且无覆冰工况下的耐张串轴向张力263kg， 故将拉力监测值1957kg代入曲线拟合公式b＝0.0185F-0.2089，求得输电线路的 最终等值覆冰厚度b为36mm。

参见图2，是本发明实施例提供的一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量系 统结构示意图，包括：

建立仿真模型模块21，用于建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰 工况下耐张段的首端的第一耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串 轴向张力；

施加覆冰荷载模块22，用于向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论 值的覆冰荷载，获得与所述预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串 轴向张力和所述尾端的第四耐张串轴向张力；

第一计算模块23，用于当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监 测到的第一拉力监测值大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐 张塔上的第二拉力传感器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张 力时，根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电 线路的第一等值覆冰厚度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度；

第二计算模块24，用于基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚 度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法 计算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

优选地，所述系统还包括：

布置模块，用于根据所述布置位置，将第三拉力传感器布置在所述首端的 耐张塔上或所述尾端的耐张塔上；

第三计算模块，用于根据所述有限元仿真模型，获得无覆冰工况下的第五 耐张串轴向张力；

绘制散点图模块，用于向所述有限元仿真模型施加若干均匀覆冰或不均匀 覆冰的覆冰荷载，获得相应的若干第二耐张串轴向张力，绘制覆冰厚度-耐张串 轴向张力的散点图；

曲线拟合模块，用于根据所述散点图，采用数据拟合方法，获取关于覆冰 厚度与耐张串轴向张力的曲线拟合公式；

第四计算模块，用于当第三拉力传感器监测到的第三拉力监测值大于所述 第五耐张串轴向张力时，将所述第三拉力监测值代入所述曲线拟合公式，得到 所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

优选地，在所述有限元仿真模型中，通过沿线向节点施加集中力等效模拟 覆冰荷载，其中，根据下式计算得到所述集中力：

ω＝0.9πgb(b+D)×10^-3

T＝ωL＝[0.9πgb(b+D)×10^-3]L

其中，D为输电线外径，b为覆冰厚度，g为重力加速度，ω为输电线单位 长度重力，L为有限元单元长度，T为施加到有限元仿真模型的集中力大小。

优选地，所述第一计算模块还用于：

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一平均等效长度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第一最大等效长 度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一平均等效长度、所述第一最大等效长度和所述第三耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第一等值覆冰厚度：

式中，F₁为所述第三耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av1为所述第一平均等效长度，l_max1为所述第一最大 等效长度。

优选地，所述第一计算模块还用于：

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二平均等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二最大等效长 度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单 位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二平均等效长度、所述第二最大等效长度和所述第四耐张串轴 向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度：

式中，F₂为所述第四耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电 线分裂数，D为输电线外径，l_av2为所述第二平均等效长度，l_max2为所述第二最大 等效长度。

优选地，所述绘制散点图模块还用于：

当所述覆冰荷载为不均匀覆冰时，所述散点图的覆冰厚度为所述耐张段的 平均覆冰厚度；

其中，根据预设的第一公式计算所述平均覆冰厚度，或，根据预设的第二 公式计算所述平均覆冰厚度；

所述第一公式为：

在所述第一公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，S_i为第i档的输电线长度，

为 耐张段的平均覆冰厚度；

所述第二公式为：

在所述第二公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，l_i为第i档档距长度，

为耐张段 的平均覆冰厚度。

需要说明的是，本发明实施例所提供的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量 系统，能够实现上述任一实施例所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法 的所有流程，系统中的各个单元、子单元的作用以及实现的技术效果分别与上 述实施例所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法的作用以及实现的技术 效果对应相同，这里不再赘述。

本发明实施例提供的一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法及系统， 通过建立有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段首尾两端的耐张串轴向张 力，向有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载，获得对应的耐张 段首尾两端的耐张串轴向张力，根据上述耐张串轴向张力计算得到第一等值覆 冰厚度和第二等值覆冰厚度，基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰 厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重 法计算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。本发明实施例通过耐张串轴向 张力计算得到等值覆冰厚度，并与预设覆冰厚度理论值对比，确定拉力传感器 的布置位置，减小覆冰厚度计算结果的误差，从而提高输电线路覆冰监测准确度，为输电线路覆冰监测预警提供重要技术支持。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，包括：

建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段的首端的第一耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串轴向张力；

向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载，获得与所述预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串轴向张力和所述尾端的第四耐张串轴向张力；

当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监测到的第一拉力监测值大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐张塔上的第二拉力传感器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张力时，根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆冰厚度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度；

基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

2.如权利要求1所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，在所述基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置后，所述方法还包括：

根据所述布置位置，将第三拉力传感器布置在所述首端的耐张塔上或所述尾端的耐张塔上；

根据所述有限元仿真模型，获得无覆冰工况下的第五耐张串轴向张力；

向所述有限元仿真模型施加若干均匀覆冰或不均匀覆冰的覆冰荷载，获得相应的若干第二耐张串轴向张力，绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图；

根据所述散点图，采用数据拟合方法，获取关于覆冰厚度与耐张串轴向张力的曲线拟合公式；

当第三拉力传感器监测到的第三拉力监测值大于所述第五耐张串轴向张力时，将所述第三拉力监测值代入所述曲线拟合公式，得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

3.如权利要求1所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，在所述有限元仿真模型中，通过沿线向节点施加集中力等效模拟覆冰荷载，其中，根据下式计算得到所述集中力：

ω＝0.9πgb(b+D)×10^-3

T＝ωL＝[0.9πgb(b+D)×10^-3]L

其中，D为输电线外径，b为覆冰厚度，g为重力加速度，ω为输电线单位长度重力，L为有限元单元长度，T为施加到有限元仿真模型的集中力大小。

4.如权利要求1所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，所述根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆冰厚度，包括：

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一平均等效长度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第一最大等效长度：

式中，F₀₁为所述第一耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第一平均等效长度、所述第一最大等效长度和所述第三耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第一等值覆冰厚度：

式中，F₁为所述第三耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电线分裂数，D为输电线外径，l_av1为所述第一平均等效长度，l_max1为所述第一最大等效长度。

5.如权利要求1所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，所述根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度，包括：

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二平均等效长度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二最大等效长度：

式中，F₀₂为所述第二耐张串轴向张力，n₀为输电线分裂数，ω₀为输电线单位长度重量，θ为绝缘子串夹角；

根据所述第二平均等效长度、所述第二最大等效长度和所述第四耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度：

式中，F₂为所述第四耐张串轴向张力，ω₀为输电线单位长度重量，n₀为输电线分裂数，D为输电线外径，l_av2为所述第二平均等效长度，l_max2为所述第二最大等效长度。

6.如权利要求2所述的耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量方法，其特征在于，所述绘制覆冰厚度-耐张串轴向张力的散点图，包括：

当所述覆冰荷载为不均匀覆冰时，所述散点图的覆冰厚度为所述耐张段的平均覆冰厚度；

其中，根据预设的第一公式计算所述平均覆冰厚度，或，根据预设的第二公式计算所述平均覆冰厚度；

所述第一公式为：

在所述第一公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，S_i为第i档的输电线长度，

为耐张段的平均覆冰厚度；

所述第二公式为：

在所述第二公式中，b_i为第i档的覆冰厚度，l_i为第i档档距长度，

为耐张段的平均覆冰厚度。

7.一种耐张塔输电线路等值覆冰厚度测量系统，其特征在于，包括：

建立仿真模型模块，用于建立输电线路的有限元仿真模型，获得无覆冰工况下耐张段的首端的第一耐张串轴向张力和所述耐张段的尾端的第二耐张串轴向张力；

施加覆冰荷载模块，用于向所述有限元仿真模型施加预设覆冰厚度理论值的覆冰荷载，获得与所述预设覆冰厚度理论值对应的所述首端的第三耐张串轴向张力和所述尾端的第四耐张串轴向张力；

第一计算模块，用于当安装在所述首端的耐张塔上的第一拉力传感器监测到的第一拉力监测值大于所述第一耐张串轴向张力，且安装在所述尾端的耐张塔上的第二拉力传感器监测到的第二拉力监测值大于所述第二耐张串轴向张力时，根据所述第一耐张串轴向张力和所述第三耐张串轴向张力计算得到输电线路的第一等值覆冰厚度，根据所述第二耐张串轴向张力和所述第四耐张串轴向张力计算得到所述输电线路的第二等值覆冰厚度；

第二计算模块，用于基于所述第一等值覆冰厚度、所述第二等值覆冰厚度与所述覆冰厚度理论值的比较结果确定拉力传感器的布置位置，采用称重法计算得到所述输电线路的最终等值覆冰厚度。

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