一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法和系統(tǒng)，其中，所述方法包括：首先，計(jì)算無(wú)覆冰時(shí)導(dǎo)線水平應(yīng)力，然后依次求得覆冰條件導(dǎo)線水平初算應(yīng)力和覆冰時(shí)導(dǎo)線水平復(fù)算應(yīng)力，最后，根據(jù)復(fù)算覆冰比載得到等值覆冰厚度。本發(fā)明彌補(bǔ)了工程應(yīng)用中直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型的不足，且具有輸入監(jiān)測(cè)參數(shù)少、監(jiān)測(cè)設(shè)備要求低、計(jì)算準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程運(yùn)用中效果良好，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸電線路覆冰計(jì)算領(lǐng)域，尤其涉及一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路覆冰是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重大威脅，嚴(yán)重的覆冰將導(dǎo)致倒塔、斷線等重大事故。南方電網(wǎng)為了在覆冰期及時(shí)、有效的監(jiān)測(cè)與預(yù)警冰情，建立了覆冰預(yù)警系統(tǒng)，為防冰工作人員制定防冰、融冰決策提供了巨大的技術(shù)支持。
[0003]覆冰厚度計(jì)算模型是覆冰預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分。覆冰監(jiān)測(cè)終端采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)覆冰厚度計(jì)算模型換算成現(xiàn)場(chǎng)覆冰厚度，才能直觀、準(zhǔn)確的反映輸電線路覆冰情況。在覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中，由于稱重法原理直接、技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟，因此用于工程實(shí)踐中的主要采用基于稱重法原理的覆冰厚度計(jì)算模型。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型形式多樣，但普遍停留于理論性層面，針對(duì)性工程性模型的研究仍然不夠深入，各類直線塔覆冰模型的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性得不到保證，缺乏統(tǒng)一、經(jīng)得起工程應(yīng)用檢驗(yàn)的模型。
[0005]如圖1所示，架空輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)終端一般由監(jiān)測(cè)終端、通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)主站(圖中用監(jiān)控中心主站表示)構(gòu)成。其中，覆冰監(jiān)測(cè)終端(即監(jiān)測(cè)終端)包括拉力及角度傳感器、泄露電流傳感器、氣象傳感器、角度傳感器、攝像頭等部件。具體運(yùn)作流程為:傳感器監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至系統(tǒng)主站，系統(tǒng)主站的后臺(tái)軟件根據(jù)覆冰厚度計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)線覆冰厚度。覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)擬在解決人工巡視效率低、建造觀冰站費(fèi)用高且效果不明顯等問(wèn)題。
[0006]目如，覆冰厚度計(jì)算方法主要有流體力學(xué)法、稱重法、傾角一張力法、傾角一弧垂法、圖像監(jiān)測(cè)法、模擬導(dǎo)線法等，其中稱重法、傾角法原理較簡(jiǎn)單、設(shè)備要求較低，在國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐中應(yīng)用最廣。但是由于角度傳感器精度不夠及故障率較高等問(wèn)題，傾角法存在的技術(shù)難點(diǎn)較多，因此稱重法是目前最適于覆冰厚度監(jiān)測(cè)的方法。
[0007]稱重法即是通過(guò)覆冰終端監(jiān)測(cè)絕緣子串懸掛點(diǎn)荷載、環(huán)境氣象條件、傾角等參量，運(yùn)用靜力分析方法，將監(jiān)測(cè)荷載的增量換算成等值覆冰厚度(冰密度0.9g/cm3)。雖然不同研究者采用的靜力分析方法、終端監(jiān)測(cè)參量、數(shù)據(jù)處理過(guò)程有所差異，但是大體思路相近。
[0008]近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的直線塔覆冰厚度計(jì)算模型主要包括::
[0009]華南理工大學(xué)的陽(yáng)林等提出了“反演計(jì)算”直線塔覆冰厚度計(jì)算模型，具體思路為:以絕緣子串懸掛點(diǎn)拉力和傾斜角為基本參量，考慮風(fēng)偏因素，將導(dǎo)線力學(xué)參量歸算到風(fēng)偏平面，通過(guò)風(fēng)偏平面內(nèi)豎直方向的靜力學(xué)受力平衡計(jì)算出等效導(dǎo)線長(zhǎng)度，進(jìn)而計(jì)算等值覆冰厚度，同時(shí)根據(jù)人工觀冰結(jié)果不斷修正等效導(dǎo)線長(zhǎng)度，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。該模型又被稱為反演計(jì)算模型，現(xiàn)為南方電網(wǎng)統(tǒng)一部署模型。
[0010]西安金源電氣提出了“三塔兩檔”直線塔覆冰厚度計(jì)算模型，具體思路為:認(rèn)為監(jiān)測(cè)桿塔懸掛點(diǎn)受豎直方向力、順線路方向力、垂直線路方向風(fēng)荷載構(gòu)成，需根據(jù)拉力傳感器、傾角傳感器監(jiān)測(cè)量，將懸掛點(diǎn)綜合荷載歸算到豎直方向荷載，豎直方向荷載除以因傾角變化而改變的垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度，得到單位長(zhǎng)度覆冰荷載，最后求出等值覆冰厚度。
[0011]華中電網(wǎng)公司架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型思路為:根據(jù)輸電導(dǎo)線綜合荷載由導(dǎo)線自重荷載、覆冰荷載、風(fēng)荷載構(gòu)成，以此建立受力平衡模型，以綜合荷載減去垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線自重荷載和風(fēng)荷載得到覆冰荷載，進(jìn)而換算成等值覆冰厚度。
[0012]其他基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰模型大體思路同上述三個(gè)覆冰模型相近，即先求解豎直方向力的變化，進(jìn)而求出覆冰荷載，最后計(jì)算等值覆冰厚度。上述直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型存在的不足包括:
[0013](I)大量依靠?jī)A角傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傾角傳感器易受外界條件和安裝位置的影響，其測(cè)量的絕對(duì)誤差一般為2?3° (實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))，甚至更大，在工程上運(yùn)用的覆冰模型，若采用傾角傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果偏差較大。
[0014](2)計(jì)算過(guò)程未充分考慮絕緣子串重及夾角的影響。500kV輸電電路的絕緣子串重一般為數(shù)百千克，而SOOkV輸電電路的絕緣子串重可達(dá)數(shù)千千克。在計(jì)算過(guò)程中，若將絕緣子串重忽略，或?qū)^緣子串中受力分析不正確，將嚴(yán)重影響最終的覆冰厚度計(jì)算結(jié)果。
[0015](3)對(duì)桿塔、線路的輸入?yún)?shù)要求高。國(guó)內(nèi)大多數(shù)直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型過(guò)分依賴輸入桿塔、線路設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求高。同時(shí)，幾乎所有覆冰模型都無(wú)法自檢驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)是否有誤。
[0016](4)不能完全考慮氣象條件的影響。影響直線塔垂直檔距的氣象條件包括:氣溫、風(fēng)速、覆冰厚度。一般模型在計(jì)算過(guò)程中，無(wú)法綜合考慮氣溫、風(fēng)速、覆冰厚度、監(jiān)測(cè)拉力之間的關(guān)系，導(dǎo)致覆冰厚度計(jì)算結(jié)果誤差較大。
[0017](5)適應(yīng)外界環(huán)境能力差。大部分直線塔覆冰厚度計(jì)算模型在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下能取得較好效果，但若運(yùn)用于實(shí)際工作中，往往因?qū)嶋H計(jì)算條件同實(shí)驗(yàn)計(jì)算條件有較大區(qū)別，計(jì)算結(jié)果偏離實(shí)際情況較大。。
[0018]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和提聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法和系統(tǒng)。旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中在工程應(yīng)用中存在的計(jì)算結(jié)果誤差較大的問(wèn)題。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0021]一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其中，所述方法依次包括以下步驟:
[0022]A、獲取直線塔導(dǎo)線無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載PH，所述無(wú)覆冰時(shí)水平荷載Ph由導(dǎo)線風(fēng)荷載Pd、絕緣子串風(fēng)荷載P1和轉(zhuǎn)角度數(shù)引起的縱向張力Py構(gòu)成；即Ph = Pd+Pj+PY ；
[0023]B、根據(jù)無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載Ph和第一監(jiān)測(cè)拉力值Ttl,計(jì)算出無(wú)覆冰時(shí)的垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度Svtl和導(dǎo)線水平應(yīng)力σ。；
[0024]C、獲取覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫h和第二監(jiān)測(cè)拉力值T1 ;并結(jié)合無(wú)覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫h以及導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^計(jì)算出覆冰時(shí)垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線初算長(zhǎng)度Sv1和覆冰時(shí)初算覆冰比載S20 ；
[0025]D、獲取覆冰時(shí)的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速V1，計(jì)算出覆冰時(shí)的水平荷載Phi ;再結(jié)合覆冰時(shí)初算覆冰比載g2(l計(jì)算出復(fù)算覆冰比載g21 ;
[0026]E、根據(jù)復(fù)算覆冰比載g21按照下述公式得到等值覆冰厚度Id1:

【權(quán)利要求】
1.一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: A、獲取直線塔導(dǎo)線無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載Ph，所述無(wú)覆冰時(shí)水平荷載Ph由導(dǎo)線風(fēng)荷載Pd、絕緣子串風(fēng)荷載P1和轉(zhuǎn)角度數(shù)引起的縱向張力Py構(gòu)成；即Ph = Pd+Pj+PY ； B、根據(jù)無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載Ph和第一監(jiān)測(cè)拉力值Ttl,計(jì)算出無(wú)覆冰時(shí)的垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度Svo和導(dǎo)線水平應(yīng)力σ。； C、獲取覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫^和第二監(jiān)測(cè)拉力值T1;并結(jié)合無(wú)覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫h以及導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^計(jì)算出覆冰時(shí)垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線初算長(zhǎng)度Svitl和覆冰時(shí)初算覆冰比載g2(l ； D、獲取覆冰時(shí)的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速V1，計(jì)算出覆冰時(shí)的水平荷載Pm;再結(jié)合覆冰時(shí)初算覆冰比載gM計(jì)算出復(fù)算覆冰比載g2l ； E、根據(jù)復(fù)算覆冰比載g21按照下述公式得到等值覆冰厚度匕:
其中，A為導(dǎo)線計(jì)算截面積，d為導(dǎo)線直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟A中導(dǎo)線風(fēng)荷載Pd采用如下方式計(jì)算:
其中，
N為導(dǎo)線分裂數(shù)；lp I2為監(jiān)測(cè)桿塔大、小號(hào)側(cè)檔距ApP2為監(jiān)測(cè)桿塔大、小號(hào)側(cè)高差角；A為導(dǎo)線計(jì)算截面積；Sh為監(jiān)測(cè)桿塔的水平檔距；β。為500kV線路電線的風(fēng)載調(diào)整系數(shù)，取值為1.0 ；g4為導(dǎo)線水平風(fēng)比載；Y為線路轉(zhuǎn)角度數(shù)；釋為風(fēng)速同導(dǎo)線走向夾角，取90° ;(:為風(fēng)載形體系數(shù)，取值為1.2;μ為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，取值為1.0 ;d為導(dǎo)線計(jì)算直徑；V(I為無(wú)覆冰時(shí)統(tǒng)計(jì)風(fēng)速； 所述絕緣子串風(fēng)荷載&采用下列方式計(jì)算: 其中，
為絕緣子串風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;ΑΤ為絕緣子串承受風(fēng)壓面積計(jì)算值；P為大風(fēng)時(shí)空氣密度；Vo為無(wú)覆冰時(shí)統(tǒng)計(jì)風(fēng)速； 所述轉(zhuǎn)角度數(shù)引起的縱向張力Py采用下列方式計(jì)算:
其中，σ 16%為設(shè)計(jì)參數(shù)中的導(dǎo)線放線水平應(yīng)力，這里取16% CUT ;A為導(dǎo)線計(jì)算截面積；Y為線路轉(zhuǎn)角度數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B具體包括:B1、根據(jù)無(wú)覆冰時(shí)監(jiān)測(cè)的拉力Ttl及計(jì)算的水平荷載Ph，計(jì)算出垂直荷載
Β2、根據(jù)如下公式計(jì)算出無(wú)覆冰時(shí)的垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度Svtl:
B3、根據(jù)垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度Svtl與導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^的關(guān)系，求解導(dǎo)線水平應(yīng)力σ。:
其中，Iiph2為監(jiān)測(cè)桿塔掛點(diǎn)與大、小號(hào)側(cè)桿塔掛點(diǎn)的高差為監(jiān)測(cè)桿塔大、小號(hào)側(cè)高差角；&為絕緣子串及其連接金具的重量；gl為導(dǎo)線自重比載；Θ為絕緣子串夾角；TQ為無(wú)覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)拉力值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B還包括: 判斷所述導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^是否在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，若是進(jìn)行步驟C，否則提示輸入數(shù)據(jù)有誤，提示重新輸入數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^預(yù)先設(shè)定的范圍為:15Mpa~40Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟C具體包括: Cl、獲取初算覆冰比載g2(l、覆冰時(shí)綜合比載g7(l、無(wú)覆冰時(shí)綜合比載g6 ;其計(jì)算公式如下:
解出覆冰時(shí)初算導(dǎo)線水平應(yīng)力σ 1(|，從而覆冰時(shí)垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線初算長(zhǎng)度Svitl為:
其中，T1為覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)拉力值A(chǔ)tl為無(wú)覆冰時(shí)監(jiān)測(cè)氣溫A1為覆冰時(shí)監(jiān)測(cè)氣溫；仁為代表檔距；β r為代表高差角；α為導(dǎo)線熱膨脹系數(shù)；Ε為導(dǎo)線彈性系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟D具體包括: D1、根據(jù)初算覆冰比載g2(1計(jì)算出初算等值覆冰厚度Iv
其中，d為導(dǎo)線直徑； D2、計(jì)算出覆冰時(shí)導(dǎo)線水平風(fēng)比載g41為:
其中，V1為覆冰時(shí)的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速； D3、計(jì)算出覆冰時(shí)導(dǎo)線風(fēng)荷載為Pdl為:
D4、計(jì)算出覆冰時(shí)絕緣子串風(fēng)荷載P11為:
Pjl = W1BAj ；

I 其中，W1為覆冰時(shí)絕緣子串風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Β為覆冰時(shí)絕緣子串形
2 L6 -


j體增大系數(shù)，取值為1.2。 D5、計(jì)算出覆冰時(shí)轉(zhuǎn)角度數(shù)引起的縱向張力Py1為:
IJ,, = 2NowAs\n(—)
2.j D6、則覆冰時(shí)的水平荷載Pm為:
Phi — Pdi+Pji+Pyi ; D7、得到覆冰時(shí)復(fù)算覆冰比載g21為:
其中，K為絕緣子串覆冰系數(shù)。
8.一種基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 無(wú)覆冰時(shí)第一計(jì)算單元，用于獲取直線塔導(dǎo)線無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載PH，所述無(wú)覆冰時(shí)水平荷載Ph由導(dǎo)線風(fēng)荷載Pd、絕緣子串風(fēng)荷載匕和轉(zhuǎn)角度數(shù)引起的縱向張力Py構(gòu)成，即Ph=Pd+Pj+P ； 無(wú)覆冰時(shí)第二計(jì)算單元，用于根據(jù)無(wú)覆冰時(shí)的水平荷載Ph和第一監(jiān)測(cè)拉力值Ttl,計(jì)算出無(wú)覆冰時(shí)的垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線長(zhǎng)度Svtl和導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^ ; 覆冰時(shí)初算單元，用于獲取覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫h和第二監(jiān)測(cè)拉力值T1 ;并結(jié)合無(wú)覆冰時(shí)的監(jiān)測(cè)氣溫h以及導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^計(jì)算出覆冰時(shí)垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線初算長(zhǎng)度Sv1和初算覆冰比載g2Q; 覆冰時(shí)復(fù)算單元，用于獲取覆冰時(shí)的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速V1，計(jì)算出覆冰時(shí)的水平荷載Phi ;再結(jié)合初算覆冰比載g2(i計(jì)算出復(fù)算覆冰比載g2i ； 覆冰厚度計(jì)算單元，用于根據(jù)復(fù)算覆冰比載g21按照下述公式得到復(fù)算等值覆冰厚度bi:
.其中，A為導(dǎo)線計(jì)算截面積，d為導(dǎo)線直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)覆冰時(shí)第二計(jì)算單元還包括: 判斷所述導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^是否在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，若是進(jìn)行步驟C，否則提示輸入數(shù)據(jù)有誤，提示重新輸入數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于稱重法的直線塔導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)線水平應(yīng)力σ ^預(yù)先設(shè)定的范圍為:15Mpa~40Mpa。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104182611SQ201410348869
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】張厚榮 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心