CN117633405A - 一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，属于架空输电线路技术领域，该方法包括：获取特重冰区下孤立档的导线参数、孤立档档距和孤立档高差；获取导线沿档覆冰厚度差异，计算得到孤立档非均匀覆冰系数；根据孤立档非均匀覆冰系数，计算得到孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数；获取孤立档导线的脱冰率，并根据脱冰率定义导线局部脱冰系数；根据局部脱冰系数和孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，计算得到孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度。本发明解决了目前架空输电线路的脱冰跳跃计算方法过于麻烦，不利于工程人员直接使用，且未考虑非均匀覆冰的问题。

Description

一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法

技术领域

本发明属于架空输电线路技术领域，尤其涉及一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法。

背景技术

电力能源主要集中于中西部地区，电力需求却主要集中于东部，受地理环境的影响，输电线路要穿越特重冰区进行电力输送，这会导致输电线路覆冰和脱冰跳跃现象的出现，且由于“微地形”“微气象”的影响，输电导线的覆冰往往呈现非均匀分布，脱冰也为不均匀脱冰，进而更容易引发杆塔倒塌、闪络跳闸和断线等事故。川渝特高压交流线路工程起于拟建甘孜1000kV交流变电站，终点为拟建天府南1000kV交流变电站，穿越重冰区，覆冰时风速可达16.3m/s，脱冰跳跃风险高，需要一种简化的计算脱冰跳跃公式来提供给工程人员使用。

目前，线路设计时主要依靠经验公式计算脱冰跳跃高度，但实际中覆冰情况可分为均匀覆冰和非均匀覆冰，脱冰方式可分为整档脱冰、部分脱冰和链式脱冰，覆冰情况和脱冰方式均会对冰跳高度产生影响，经验公式无法准确计算在上述复杂情况下的冰跳高度。连续档线路设计主要依靠经验公式计算脱冰高度，但对于孤立档线路还尚缺乏研究，且已有的研究均假定导线均匀覆冰，对于导线非均匀覆冰下的脱冰跳跃高度尚缺乏研究。且对于非均匀覆冰和不均匀脱冰研究大多为有限元分析，计算过程复杂，不太适用于工程实际和工程人员使用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于特重冰区1000kV孤立档非均匀覆冰输电线路脱冰跳跃高度的计算方法，解决了目前架空线路的脱冰跳跃计算方法过于麻烦，不利于工程人员直接使用，且未考虑非均匀覆冰的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，包括以下步骤：

S1、获取特重冰区下孤立档的导线参数、孤立档档距和孤立档高差；

S2、获取导线沿档覆冰厚度差异，并计算得到孤立档非均匀覆冰系数；

S3、根据孤立档非均匀覆冰系数，计算得到孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数；

S4、获取孤立档导线的脱冰率，并根据脱冰率定义导线局部脱冰系数；

S5、根据局部脱冰系数和孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，计算得到孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度。

进一步地，所述步骤S2中孤立档非均匀覆冰系数的表达式如下：

其中，k表示孤立档非均匀覆冰系数，b和a均表示沿档的覆冰厚度，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差。

再进一步地，所述步骤S3中孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数的表达式如下：

其中，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，k表示孤立档非均匀覆冰系数。

再进一步地，所述步骤S4中导线局部脱冰系数的表达式如下：

m＝-0.92β²+2.1β-0.15

其中，m表示导线局部脱冰系数，β表示孤立档导线的脱冰率。

再进一步地，所述步骤S6中孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度的表达式如下：

H＝μm[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

其中，H表示孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，m表示导线局部脱冰系数，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差，Δf表示孤立档脱冰前后弧垂差。

本发明的有益效果：本发明公开了一种特重冰区1000kV孤立档架空输电线路非均匀覆冰下孤立档导线脱冰跳跃高度计算方法，通过孤立档档距、孤立档高差、非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数和局部脱冰跳跃系数等参数来计算脱冰跳跃高度。整个过程方便快捷，无须繁琐的分析和计算，可用于工程设计人员使用，且通过验证能够满足工程精度的要求，解决了目前架空线路的脱冰跳跃计算方法过于麻烦，不利于工程人员直接使用，且未考虑非均匀覆冰的问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本实施例中无高差线路非均匀覆冰示意图。

图3为本实施例中有高差线路非均匀覆冰示意图。

图4为本实施例中输电导线局部脱冰的示意图。

图5为本实施例中局部脱冰跳跃高度系数拟合图。

图6为本实施例中不同脱冰工况下导线局部脱冰系数m的变化示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其实现方法如下：

S1、获取特重冰区下孤立档的导线参数、孤立档档距和孤立档高差；

本实施例中，获取特重冰区下、地形下架空输电线路的型号、孤立档档距和孤立档高差。

S2、获取导线沿档覆冰厚度差异，并计算得到孤立档非均匀覆冰系数；

本实施例中，根据覆冰厚度差异计算孤立档非均匀覆冰系数k，如图2所示，对于无高差线路，覆冰中间厚两边薄，假定覆冰厚度线性变化，非均匀覆冰系数k为档中和两端水平间距每增加100m导致的覆冰厚度变化值。如图3所示，对于有高差线路，一般为海拔高处覆冰厚，低处覆冰薄，假定覆冰厚度线性变化，非均匀覆冰系数k为两端高差每增加100m导致的覆冰厚度变化值：

其中，k表示孤立档非均匀覆冰系数，b和a均表示沿档的覆冰厚度，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差。

S3、根据孤立档非均匀覆冰系数，计算得到孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数：

其中，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，k表示孤立档非均匀覆冰系数。

本实施例中，基于对不同孤立档档距、孤立档高差、覆冰厚度和脱冰方式的输电线路脱冰跳跃高度有限元仿真计算的分析和拟合。参考图2和3所示，表达了有无高差下的导线非均匀覆冰状态。基于有限元仿真结果，在以往的脱冰跳跃公式的基础上提出了非均匀覆冰修正系数μ，得到了导线非均匀覆冰的脱冰跳跃高度修正公式：

H'＝μ[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

其中，H'表示架空导线非均匀覆冰的完全脱冰的脱冰跳跃高度，单位为m；μ表示非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数；l表示孤立档档距，单位为m；h表示孤立档高差，单位m；Δf表示孤立档脱冰前后弧垂差，单位为m。

S4、获取孤立档导线的脱冰率，并根据脱冰率定义导线局部脱冰系数；

本实施例中，如图4所示，获取导线的脱冰率β，根据脱冰率β定义导线局部脱冰系数m。导线局部脱冰系数通过拟合各局部脱冰下，局部脱冰和完全脱冰的冰跳高度相关关系得到。

本实施例中，如图5所示，拟合各脱冰档距下，输电导线完全脱冰的跳跃高度和局部脱冰跳跃高度之间的系数与脱冰率之间的关系时，以二次函数相关关系进行拟合。

如图5所示，拟合得到的局部脱冰跳跃高度系数表达式为：

m＝-0.92β²+2.1β-0.15

其中，m表示导线局部脱冰系数，β表示孤立档导线的脱冰率，当m大于1.0时，m取1.0。

S5、根据局部脱冰系数和孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，计算得到孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度。

本实施例中，本发明基于1000kV特重冰区，对不同档距、高差的孤立档输电线路的脱冰跳跃计算结果进行分析和拟合，提出了一种均匀覆冰下孤立档均匀脱冰的输电导线脱冰跳跃高度计算公式：

H”＝[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

其中，H”表示孤立档架空输电线路均匀脱冰下的冰跳高度，单位为m；l表示孤立档档距，单位为m；h表示孤立档高差，单位为m。

本实施例中，非均匀覆冰系数与孤立档导线冰跳高度存在一定的比例关系，如图2和图3所示，定义一个新的变量，非均匀覆冰修正系数μ，得到了导线非均匀覆冰的孤立档输电导线均匀脱冰的脱冰跳跃高度修正公式：

H'＝μ[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

本实施例中，拟合局部脱冰系数，孤立档架空线路完全脱冰和孤立档不均匀脱冰之间的系数与脱冰率之间的关系时，一二次函数为基础进行拟合。

本实施例中，根据有限元仿真结果分析，在孤立档架空线路完全脱冰和孤立档架空线路不均匀脱冰之间，发现如下规律：

1.随着脱冰率的增加，孤立档输电线路的冰跳高度也增加，但增长的幅度却逐渐减小。

2.随着脱冰率的增加，导线局部脱冰系数m呈现非线性的变化，如图6所示，在同一脱冰率下，研究不同工况对系数的影响发现，导线局部脱冰系数m几乎不变。

本实例中，拟合得到的局部脱冰跳跃高度系数计算公式为：

m＝-0.92β²+2.1β-0.15；

其中，m表示导线局部脱冰系数，β表示孤立档导线的脱冰率。

带入非均匀覆冰的孤立档输电导线均匀脱冰的脱冰跳跃高度修正公式中，得到非均匀覆冰脱冰跳跃高度计算公式为：

H＝μm[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

其中，H表示孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，m表示导线局部脱冰系数，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差，Δf表示孤立档脱冰前后弧垂差。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

本实施方案中，选取档距500m、高差300m的孤立档线路，导线型号选取8分裂JLHA1/G3A-630/80导线，耐张串选用10N63-40100-55P，相关参数如表1和表2所示，表1为导线参数表，表2耐张串参数表。

表1

表2

通过本发明的非均匀覆冰脱冰跳跃高度计算公式计算孤立档输电线路非均匀覆冰下不均匀脱冰跳跃高度并与有限元计算得出的结果进行对比，其结果如表3所示，表3为计算结果对比表。

表3

由表3可知，采用本发明计算的冰跳高度的误差均在10％以内，能满足工程应用需求，可用于特重冰区1000kV孤立档非均匀覆冰输电线路脱冰跳跃高度的简化计算。

综上，特重冰区1000kV孤立档非均匀覆冰输电线路脱冰跳跃高度计算方法，通过拟合加推导的方式得到了非均匀覆冰输电线路脱冰跳跃高度计算的简化方式，整个过程方便快捷，无须繁琐的分析和计算，可用于工程设计人员使用，且通过验证能够满足工程精度的要求。填补了相关研究的空白，实现了孤立档线路非均匀覆冰下导线不均匀脱冰跳跃高度的快速计算。

Claims (5)

1.一种孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取特重冰区下孤立档的导线参数、孤立档档距和孤立档高差；

S2、获取导线沿档覆冰厚度差异，并计算得到孤立档非均匀覆冰系数；

S3、根据孤立档非均匀覆冰系数，计算得到孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数；

S4、获取孤立档导线的脱冰率，并根据脱冰率定义导线局部脱冰系数；

S5、根据局部脱冰系数和孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，计算得到孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度。

2.根据权利要求1所述的孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其特征在于，所述步骤S2中孤立档非均匀覆冰系数的表达式如下：

其中，k表示孤立档非均匀覆冰系数，b和a均表示沿档的覆冰厚度，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差。

3.根据权利要求1所述的孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其特征在于，所述步骤S3中孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数的表达式如下：

其中，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，k表示孤立档非均匀覆冰系数。

4.根据权利要求1所述的孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其特征在于，所述步骤S4中导线局部脱冰系数的表达式如下：

m＝-0.92β²+2.1β-0.15

其中，m表示导线局部脱冰系数，β表示孤立档导线的脱冰率。

5.根据权利要求1所述的孤立档非均匀覆冰导线脱冰跳跃高度计算方法，其特征在于，所述步骤S6中孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度的表达式如下：

H＝μm[1.75+(5l-2h)/10000]Δf

其中，H表示孤立档输电线路非均匀覆冰脱冰跳跃高度，μ表示孤立档非均匀覆冰脱冰跳跃高度修正系数，m表示导线局部脱冰系数，l表示孤立档档距，h表示孤立档高差，Δf表示孤立档脱冰前后弧垂差。