專利名稱：一種輸電導線覆冰質量的測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于輸電導線覆冰監(jiān)測技術領域，更為具體地講，涉及到一種基于輸電導 線覆冰質量的測量方法。
背景技術：
在輸電線路中，導線覆冰對輸電線路的安全運行危害極大，引發(fā)的事故包括不均 勻覆冰或不同期脫冰事故；過負載事故；絕緣子冰閃事故；導線有覆冰且為非均勻覆冰時， 線路易發(fā)生舞動，產生舞動事故；由于舞動的幅度大，持續(xù)時間長，容易引起相間閃絡，損壞 地線、導線、金具等部件，導致線路跳閘停電、斷線倒塔等嚴重事故。一次嚴重的輸電線路導 線覆冰事故，會導致巨大的經濟損失，并嚴重影響社會生活。因此，輸電線路導線覆冰監(jiān)測 技術，即監(jiān)測輸電線路上導線覆冰質量的技術，對于保證輸電線路安全運行具有極其重要 的意義。輸電導線一旦發(fā)生覆冰，輸電導線重量增加，所受的應力增大，最直觀的表現就是 輸電導線弧垂增加。由此現象出發(fā)，衍生出一系列的覆冰監(jiān)測技術。歸納起來，目前主要有 如下五種1、設立覆冰觀測站，在特殊區(qū)域設立專人職守的觀測點，人工記錄氣象信息及覆 冰情況。這種方法的缺點是，人為因素過大，成本高，監(jiān)測不易。2、對傾角_弧垂進行實時測量，通過輸電線路狀態(tài)方程推算線路覆冰程度。3、在鐵塔上安裝視頻圖像采集設備，并通過無線通信手段發(fā)回圖像數據，用人工 或者計算機根據視頻圖像分析覆冰的厚度。4、就是俗稱的稱重法，通過在輸電線路絕緣子串位置處安裝拉力傳感器，測量絕 緣子串位置處的受力變化，得到覆冰質量。5、通過測量輸電導線上一點或者多點的應變，然后結合輸電線路狀態(tài)方程，計算 輸電線路上的覆冰質量變化情況。針對第5種覆冰監(jiān)測技術，輸電導線覆冰質量計算的依據是輸電線路狀態(tài)方程。 如2010年1月6日公開的、公開號為CN 101620000A、名稱為“輸電線路覆冰量的計算方法” 公開的覆冰質量的測量方法，包括以下步驟為(1)獲取輸電線路固定檔距內的導線溫度 和彈性應變量，根據導線溫度和彈性應變量得到輸電線路固定檔距內的總應變量；(2)根 據總應變量獲得輸電線路固定檔距內的導線比載，并將導線比載與輸電線路固定檔距內的 導線自身比載進行比較；如果導線比載大于導線自身比載，計算輸電線路固定檔距內的附 加荷載；根據附加荷載得到輸電線路固定檔距內的覆冰量。在計算過程中，這類方法還需要 監(jiān)測風速和風偏角，以便于在最終結果中剔除風速的影響。這種覆冰質量的測量方法沒有考慮實際測量過程中，輸電導線總的彈性應變量難 以直接測量。因為輸電導線先于應變測量裝置安裝，在安裝應變測量裝置之前，輸電導線上 就有一個初始的應力和初始的應變。一般情況下，應變監(jiān)測裝置實際測量的是導線應變的 變化量，即導線因溫度、覆冰、風載荷等因素共同作用下的變長或者變短。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種不以總應變量進行計算的輸電 導線覆冰質量的測量方法。為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明的輸電導線覆冰質量的測量方法，其特征在于，包括 以下步驟(1)、應變傳感器測量輸電導線獲得導線應變增量，然后進行濾波，得到其中的導 線應變穩(wěn)態(tài)分量ξ ；(2)、溫度傳感器測量輸電導線獲得導線溫度t，然后，計算輸電導線因溫度改變而 產生的應變增量Δ ξ t = aU-tJ，其中，α為溫度膨脹系數，、為初始的輸電線路溫度；根 據步驟(1)得到的導線應變穩(wěn)態(tài)分量ξ，計算得到輸電導線因覆冰和風載荷而產生的應變 量 Δ ξ = ξ-Δ ξ,；(3)、風速風向傳感器測量輸電導線所處環(huán)境下的風速ν和風向與輸電導線無風 情況下所在平面的夾角θ，然后根據輸電線路設計技術規(guī)范中荷載計算手冊，得到當地基 準風壓標準值Wtl、風壓不均勻系數％、導線體形系數μ s。、風壓高度變化系數μ z、風向與導 線軸向的夾角θ引起的風壓隨風向的變化系數μ θ ；(4)、計算輸電導線覆冰厚度a、初始賦值令輸電導線綜合比載Y1= Ytl，覆冰的比載為Y2 = O,水平面內風的比載為Y3 =0，風偏平面內的輸電導線最低點的應力O1= Qci，風偏角η =0，輸電導線覆冰厚度b =0;其中，Y C1為輸電導線的自重比載，c^為輸電導線安裝應變傳感器時刻的最低點的水 平應力；b、根據線長公式、平均應力方程，計算出未覆冰狀態(tài)下的輸電導線線長L1和平均
應力σ avl
Iγ 2I3 其中，1為檔距，β為高差角，h為高差；C、迭代計算覆冰厚度為b且無風情況下的輸電導線最低點的水平應力σ Μ輸電導 線覆冰之后的比載為Y4= Y。+Y2,其中，Y2 = 0.027728b(D+b)/A，D為輸電導線外徑，A 為輸電導線橫截面積；初次迭代設覆冰之后輸電導線最低點的水平應力為Obtl= Otl ；Cl、將覆冰之后輸電導線最低點的水平應力，代入線長公式，求出覆冰后輸電 導線的線長L2: c2、將覆冰后輸電導線的線長L2代入導線的平均應力方程，求出輸電導線平均應
力 0 av2 c3、將未覆冰狀態(tài)下的線長L1和平均應力σ avl、覆冰后輸電導線平均應力σ av2代 入架空線的基本狀態(tài)方程，可求得新的線長L' 2 其中，E為輸電導線的彈性系數，、為輸電導線安裝應變傳感器時刻的溫度；c4、比較步驟c3新求得的線長L' 2和步驟c2求得的覆冰后輸電導線的線長L2, 如果兩者之差大于設定差值ε工，則則將步驟c3新求得的線長L' 2代入線長公式，得到輸電導線最低點的水平應力 將輸電導線最低點的水平應力σ b(1代入步驟Cl，重復步驟C1-C3，直到步驟c3新 求得的線長L' 2和步驟c2求得的覆冰后輸電導線的線長L2兩者之差小于等于設定差值 S1，并輸出覆冰之后輸電導線最低點的水平應力Qbtl;d、在風偏平面內，依次計算風荷載Y3，綜合比載Y1，輸電導線風偏角η，檔距 Γ、高差h'、高差角β'、最低點的水平應力C1，線長L3，得到應變傳感器所在位置Xtl 的應力σ ‘ χ0 cos β = cos β χ φ + (tan β χ sin η)2 其中，Χ(1是應變傳感器相對鐵塔的水平坐標；e、利用應用以下方程，求出輸電導線的應變增量Δ ξ i cos β 8(T0 cos β2cos β Sa0 cos β 2然后將求出的輸電導線應變增量△ ξ ！與應變傳感器所測得的輸電導線應變增量 Δ ξ進行比較，如果兩者之差小于設定值ε 2，則計算過程結束，輸出覆冰厚度b;反之，則 按下述方法進行更新覆冰厚度b 如果Δ I1大于Δ ξ則b減小hb，若Δ I1小于Δ ξ，則 b增加k2b，其中，kp k2是步長系數，然后返回步驟c ；(5)、根據獲得輸電線路覆冰厚度b，并考慮輸電導線分裂數目的影響，計算出整條 輸電導線上的覆冰質量。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現的本發(fā)明通過測量得到輸電導線的導線應變增量、導線溫度t以及風速風向傳感器 測量輸電導線所處環(huán)境下的風速ν和風向θ，然后通過兩重迭代，計算出輸電導線覆冰厚 度b，然后依據獲得輸電線路覆冰厚度b，并考慮輸電導線分裂數目的影響，計算出整條輸 電導線上的覆冰質量。這種方法更加符合現場的實際情況，即應變傳感器所測量的數據實 際上為導線的應變變化量，而不是總的應變量。同時，這種方法所監(jiān)測的數據為導線的應變 變化，能夠更直觀地反映輸電線路的安全狀態(tài)。
圖1是本發(fā)明輸電導線覆冰質量的測量方法所應用的輸電線路示意圖；圖2是本發(fā)明輸電導線覆冰質量的測量方法的一種具體實施方式
下的流程具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。圖1是本發(fā)明輸電導線覆冰質量的測量方法所應用的輸電線路示意圖如圖1所示，無風情況下，應變傳感器、溫度傳感器位于輸電導線的C處，其相對低 點鐵塔的水平坐標為Xo。風速風向傳感器位于低點鐵塔，測量輸電導線所處環(huán)境下的風速ν和風向與輸電 導線無風情況下所在平面的夾角θ。在風的吹動下，輸電導線所在平面從垂直于地面變成與無風情況下所在平面成一 定夾角，即風偏角n。應變傳感器測量輸電導線獲得導線應變增量，然后進行濾波，得到其中的導線應 變穩(wěn)態(tài)分量ξ ；溫度傳感器測量輸電導線獲得導線溫度t，然后，計算輸電導線因溫度改變 而產生的應變增量Δ ξ t = aU-tJ，其中，α為溫度膨脹系數，t0為初始的輸電線路溫度； 根據步驟(1)得到的導線應變穩(wěn)態(tài)分量ξ，計算輸電導線因覆冰和風載荷而產生的應變量 Δ ξ = ξ-Δ ξ,；另外，1為檔距，β為高差角，h為高差，是輸電線路的幾何參數。在圖1中，以低 點鐵塔作為原點，建立X、Y、Z三維坐標，以便理解各個參數的含義。覆冰之后輸電導線最低點為輸電導線A點
實施例1圖2是本發(fā)明輸電導線覆冰質量的測量方法的一種具體實施方式
下的流程圖在本實施例中，如圖2所示，在本實施例中，步驟(3)中所述的輸電線路設計技術 規(guī)范為國家電力公司華東電力設計院主編，《110-500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》(DL/ T 5092-1999)、中國建筑科學研究院，《建筑結構荷載規(guī)范》(GBJ9-1987)，1987。當然，在具 體實施過程中，還可以選擇其他的荷載計算手冊，在本實施例中，初始的輸電線路溫度、，為制造導線時的溫度。在本實施例中，步驟c3所述的設定差值S1SO. 001m。在本實施例中，步驟e所述的設定差值82為0. OOOOOOLk1 = 0. 005，k2 = 0.01。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領的技術人 員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術 人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內，這些變 化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
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權利要求
一種輸電導線覆冰質量的測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、應變傳感器測量輸電導線獲得導線應變增量，然后進行濾波，得到其中的導線應變穩(wěn)態(tài)分量ξ；(2)、溫度傳感器測量輸電導線獲得導線溫度t，然后，計算輸電導線因溫度改變而產生的應變增量Δξt＝a(t t0)，其中，α為溫度膨脹系數，t0為初始的輸電線路溫度；根據步驟(1)得到的導線應變穩(wěn)態(tài)分量ξ，計算得到輸電導線因覆冰和風載荷而產生的應變量Δξ＝ξ Δξt；(3)、風速風向傳感器測量輸電導線所處環(huán)境下的風速v和風向與輸電導線無風情況下所在平面的夾角θ，然后根據輸電線路設計技術規(guī)范中荷載計算手冊，得到當地基準風壓標準值W0、風壓不均勻系數a1、導線體形系數μsc、風壓高度變化系數μz、風向與導線軸向的夾角θ引起的風壓隨風向的變化系數μθ；(4)、計算輸電導線覆冰厚度a、初始賦值令輸電導線綜合比載γ1＝γ0，覆冰的比載為γ2＝0，水平面內風的比載為γ3＝0，風偏平面內的輸電導線最低點的應力σ1＝σ0，風偏角η＝0，輸電導線覆冰厚度b＝0；其中，γ0為輸電導線的自重比載，σ0為輸電導線安裝應變傳感器時刻的最低點的水平應力；b、根據線長公式、平均應力方程，計算出未覆冰狀態(tài)下的輸電導線線長L1和平均應力σav1 <mrow><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>l</mi> <mrow><mi>cos</mi><mi>β</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msup> <msub><mi>γ</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>l</mi> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>24</mn><msup> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mi>cos</mi><mi>β</mi><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>σ</mi> <mrow><mi>av</mi><mn>1</mn> 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<mn>2</mn> <mo>′</mo></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>σ</mi><mrow> <mi>av</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mi>E</mi></mfrac><mo>-</mo><mi>α</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>σ</mi><mrow> <mi>av</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mi>E</mi></mfrac><mo>-</mo><mi>α</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>t</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>其中，E為輸電導線的彈性系數，t1為輸電導線安裝應變傳感器時刻的溫度；c4、比較步驟c3新求得的線長L′2和步驟c2求得的覆冰后輸電導線的線長L2，如果兩者之差大于設定差值ε1，則將步驟c3新求得的線長L′2代入線長公式，得到輸電導線最低點的水平應力σb0 <mrow><msub> <mi>σ</mi> <mrow><mi>b</mi><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mrow> <msup><msub> <mi>γ</mi> <mn>4</mn></msub><mn>2</mn> </msup> <msup><mi>l</mi><mn>3</mn> </msup> <mi>cos</mi> <mi>β</mi></mrow><mrow> <mn>24</mn> 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<mn>2</mn></mfrac><mi>tan</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup><mo>]</mo> </mrow>其中，x0是應變傳感器相對鐵塔的水平坐標；e、利用應用以下方程，求出輸電導線的應變增量Δξ1 <mrow><mi>EΔ</mi><msub> <mi>ξ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <msup><msub> <mi>σ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>′</mo> </msup> <mrow><mi>cos</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msub> <mi>γ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>[</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>γ</mi> <mn>1</mn></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><msup> <mi>l</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>8</mn><msup> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>′</mo></msup><mi>cos</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <mrow><mo>(</mo><msup> <mi>l</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mi>tan</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup><mo>]</mo><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> 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2.根據權利要求1所述的輸電導線覆冰質量的測量方法，其特征在于，步驟c3所述的 設定差值E1SO. 001m。
3.根據權利要求1所述的輸電導線覆冰質量的測量方法，其特征在于，步驟e所述的設 定差值 ε 2 為 0. 0000001，Ii1 = 0. 005，k2 = 0. 01。
全文摘要
本發(fā)明公開了輸電導線覆冰質量的測量方法，通過測量得到輸電導線的導線應變增量、導線溫度t以及風速風向傳感器測量輸電導線所處環(huán)境下的風速v和風向θ，然后通過兩重迭代，計算出輸電導線覆冰厚度b，然后依據獲得輸電線路覆冰厚度b，并考慮輸電導線分裂數目的影響，計算出整條輸電導線上的覆冰質量。這種方法更加符合現場的實際情況，即應變傳感器所測量的數據實際上為導線的應變變化量，而不是總的應變量。同時，這種方法所監(jiān)測的數據為導線的應變變化，能夠更直觀地反映輸電線路的安全狀態(tài)。
文檔編號G01G17/00GK101929886SQ201010220089
公開日2010年12月29日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權日2010年7月8日
發(fā)明者劉群英, 張昌華, 曹永興, 薛志航, 黃琦 申請人:電子科技大學