本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法及系统。
背景技术
近年来，由于中心城市区域负荷增涨迅猛，部分已建配电网线路供电能力已不能满足当地负荷需求，导致用电高峰时期电网运维部门被迫“拉闸限电”或转移负荷。同时，城区供电走廊紧张，新建线路以满足负荷增长的需求显得十分困难。通过技术改造更换高载流量导线，面临建设周期长、资金投入大和停电经济损失等诸多问题。为了解决上述问题，近年来架空配电线路动态增容运行技术已成为研究热点。增容运行技术有两种实现方式：一是突破现行规程限制，提高导线运行允许温度，但这存在安全隐患；二是加装线路在线监测系统，采集导线现场运行工况数据，包括电流、环境温度、光照、风速等参数，用于评估导线动态载流能力，为调度运维人员提供增容的建议与措施。
配电网供电线路包括架空裸导线(钢芯铝绞线和铝绞线等)、架空绝缘导线和电力电缆。随着配电网的进一步发展，为了提升供电安全性，电网公司一直致力于对架空供电线路进行绝缘化改造。城市配电线路架空导线绝缘化率为呈逐年上升趋势。目前，关于供电线路增容运行技术的研究重点关注架空裸导线，因缺乏配电网架空绝缘导线动态载流能力计算与评估方法，对架空绝缘导线的研究鲜有报道。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够根据实际环境和运行条件实时评估配电网架空绝缘导线动态载流能力的配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法。
本发明采用如下技术方案：
一种配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法，所述配电网具有多个架空绝缘导线，所述绝缘架空导线包括导体及包裹所述导体的绝缘层，所述方法包括：
步骤s1、预设一所述绝缘架空导线为绝缘架空导线，采集所述绝缘架空导线的现场运行数据并处理得到当前运行工况信息，所述现场运行数据包括当前运行电流、当前环境温度、当前日照强度以及当前导线表面温度；
步骤s2、根据所述当前工况信息以及所述绝缘架空导线的物理电气参数构建热路模型，根据所述热路模型处理得到所述绝缘架空导线表面对空气散热的散热热阻t2和所述导体的导体温度θ，根据所述热路模型构建导线暂态温升模型，根据所述散热热阻、所述导体温度以及所述导线暂态温升模型处理得到所述绝缘架空导线到达允许工作温度所需的时间作为预设电流对应的第一安全运行时间；
步骤s3、将所述预设电流作为所述绝缘架空导线的动态载流量，并根据所述动态载流量和所述第一安全运行时间处理得到相应的工作曲线，并根据所述工作曲线处理得到对应所述绝缘架空导线的配电网架空绝缘导线动态载流能力评估结果，所述动态载流能力评估结果包括所述绝缘架空导线在第二安全运行时间下的最大载流量、在第三安全运行时间下的最大载流量以及在两倍所述当前运行电流下的第四安全运行时间。
优选的，所述物理电气参数包括所述绝缘架空导线的导线直径、所述绝缘层的绝缘介质材料类型以及所述绝缘层的厚度。
优选的，所述步骤s2包括：
步骤s21、根据所述物理电气参数计算所述架空绝缘导线的线路介质损耗wd、所述导体的热容和部分所述绝缘层的热容之和q1、所述绝缘层中除部分所述绝缘层之外的所述绝缘层的热容q2以及所述导体至所述绝缘架空导线表面的表面热阻t1；
步骤s22、对所述当前运行电流、所述当前环境温度θs、所述当前日照强度以及所述当前导线表面温度θ0进行处理，以得到所述绝缘架空导线的焦耳热损耗wr和所述绝缘架空导线吸收的光照热量ws，并构建所述热路模型；
步骤s23、根据所述热路模型处理得到所述绝缘架空导线表面对空气散热的所述散热热阻t2和所述导体的所述导体温度θ；
步骤s24、根据所述热路模型处理构建所述导线暂态温升模型；
步骤s25、根据所述热阻、所述导体温度以及所述导线暂态温升模型处理得到所述绝缘架空导线到达允许工作温度所需的时间作为预设电流对应的第一安全运行时间。
优选的，所述步骤s21和所述步骤s22基于iec-60287标准进行计算。
优选的，所述步骤s23中，采用下述公式处理得到所述散热热阻t2和所述导体温度θ：
其中，
wr用于表示所述绝缘架空导线的所述焦耳热损耗；
wd用于表示所述绝缘架空导线的所述线路介质损耗；
ws用于表示所述绝缘架空导线在所述当前日照强度下吸收的光照热量；
t1用于表示所述绝缘架空导线的所述导线至所述绝缘架空导线表面的所述表面热阻；
t2用于表示所述绝缘架空导线表面对空气散热的所述散热热阻；
θ用于表示所述绝缘架空导线的所述导体的所述导体温度；
θ0用于表示所述绝缘架空导线的所述当前导线表面温度；
θs用于表示所述绝缘架空导线的所述当前环境温度。
优选的，所述步骤s24中，所述导线暂态温升模型对应的具体方程组如下：
其中，
wr用于表示所述绝缘架空导线的所述焦耳热损耗；
wd用于表示所述绝缘架空导线的所述线路介质损耗；
ws用于表示所述绝缘架空导线在所述当前日照强度下吸收的光照热量；
q1用于表示所述绝缘架空导线的所述导体的热容和部分所述绝缘层的热容之和；
q2用于表示所述绝缘架空导线的所述绝缘层中除部分所述绝缘层之外的所述绝缘层的热容；
t1用于表示所述绝缘架空导线的所述导线至所述绝缘架空导线表面的所述表面热阻；
t2用于表示所述绝缘架空导线表面对空气散热的所述散热热阻；
θ用于表示所述绝缘架空导线的所述导体的所述导体温度；
θ0用于表示所述绝缘架空导线的所述当前导线表面温度；
θs用于表示所述绝缘架空导线的所述当前环境温度；
t用于表示所述绝缘架空导线的到达允许工作温度所需的时间。
一种配电网架空绝缘导线动态载流能力评估系统，采用上述的配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法，用于处理并得到所述绝缘架空导线的实时动态导线载流量。
优选的，所述配电网架空绝缘导线动态载流能力评估系统还用于在所述实时动态导线载流量超过预设报警值时输出报警信号。
本发明的有益效果是：
1)计算架空绝缘导线动态载流量时，考虑了外界自然风、雨、日照辐射对其造成的影响，使得计算结果更为准确；
2)算法适用于各种线径架空绝缘导线，方便推广；
3)且根据线路当前运行工况可计算任一负载下暂态温升过程，进而较为精确的提供不同安全运行时间下线路允许载流量，以及可长期安全运行的允许载流量，在保证安全运行的前提下最大限度的提高了线路的利用率，达到线路增容运行的目的，解决负荷转供难题。
附图说明
图1为本发明一种优选的实施例中，配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法的流程图；
图2为本发明一种优选的实施例中，热路模型的示意图；
图3为本发明一种优选的实施例中，步骤s2的流程图。
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-2所示，一种配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法，上述配电网具有多个架空绝缘导线，上述绝缘架空导线包括导体及包裹上述导体的绝缘层，上述导线型式可参见jklyj-10/120型导线；该方法通过对导线表面温度的实时测量，并结合外界环境因素和当前运行条件，对导线的温度变化进行预测，实现对线路实时允许载流计算，并且能在线路过负荷运行情况下对线路可能出现的过热状况进行预警，并提供相应的过负荷运行时间，以最大限度的提高线路的利用率。本发明基于热路比拟法和iec-60287标准中关于单芯电力电缆载流量解析计算式建立了热路模型，并在此基础上做出了一定的创新使得本发明算法更为实用有效。上述方法包括以下步骤：
步骤s1、预设一上述绝缘架空导线为绝缘架空导线，采集上述绝缘架空导线的现场运行数据并处理得到当前运行工况信息，上述现场运行数据包括当前运行电流、当前环境温度、当前日照强度以及当前导线表面温度；
步骤s2、根据上述当前工况信息以及上述绝缘架空导线的物理电气参数构建热路模型，根据上述热路模型处理得到上述绝缘架空导线表面对空气散热的散热热阻t2和上述导体的导体温度θ，根据上述热路模型构建导线暂态温升模型，根据上述热阻、上述导体温度以及上述导线暂态温升模型处理得到上述绝缘架空导线到达允许工作温度所需的时间作为预设电流对应的第一安全运行时间，其中，预设电流是指假设当前运行工况下导线流过的电流值，不同电流值对应不同的安全运行时间，这样可以得到不同电流下导线安全工作时间曲线图；
步骤s3、将上述预设电流作为上述绝缘架空导线的动态载流量，并根据上述动态载流量和上述第一安全运行时间处理得到相应的工作曲线，并根据上述工作曲线处理得到对应上述绝缘架空导线的配电网架空绝缘导线动态载流能力评估结果，上述动态载流能力评估结果包括上述绝缘架空导线在第二安全运行时间的最大载流量、在第三安全运行时间的最大载流量以及在两倍上述当前运行电流下的第四安全运行时间。
在本实施中，采集导线现场运行数据包括当前运行电流、当前环境温度、当前日照强度及当前导线表面温度，形成导线的当前运行工况信息；根据导线运行工况信息及导线物理电气参数(包括导线直径、绝缘介质材料类型及厚度等)构建一热路模型并求解各参数值(如图1和图2)；根据构建的热路模型，建立导线暂态温升微分方程组(如下述公式(2))，改变导线运行电流值，重新计算焦耳热损耗wr后，按照式(2)求解导线温升过程，根据计算结果给出导线到达允许工作温度所需时间作为预设电流下的安全运行时间；将预设电流作为导线的动态载流量，绘制动态载流量与安全运行时间工作曲线，根据曲线给出导线长期安全运行(第二安全运行时间即安全运行时间无穷大)允许载流量、30分钟安全(第三安全运行时间即30分钟)运行允许载流量及2倍当前运行电流下安全运行时间(第一安全运行时间即当前运行电流下安全运行时间)，构成配电网架空绝缘导线动态载流能力评估结果。
由于计算架空绝缘导线动态载流量时，考虑了外界自然风、雨、日照辐射对其造成的影响，使得计算结果更为准确；算法适用于各种线径架空绝缘导线，方便推广；且根据线路当前运行工况可计算任一负载下暂态温升过程，进而较为精确的提供不同安全运行时间下线路允许载流量，以及可长期安全运行的允许载流量，在保证安全运行的前提下最大限度的提高了线路的利用率，达到线路增容运行的目的，解决负荷转供难题。
较佳的实施例中，上述物理电气参数包括上述绝缘架空导线的导线直径、上述绝缘层的绝缘介质材料类型以及上述绝缘层的厚度。
如图3所示，较佳的实施例中，上述步骤s2包括：
步骤s21、根据上述物理电气参数计算上述架空绝缘导线的线路介质损耗wd、上述导体的热容和部分上述绝缘层的热容之和q1、上述绝缘层中除部分上述绝缘层之外的上述绝缘层的热容q2以及上述导体至上述绝缘架空导线表面的表面热阻t1；
步骤s22、对上述当前运行电流、上述当前环境温度θs、上述当前日照强度以及上述当前导线表面温度θ0进行处理，以得到上述绝缘架空导线的焦耳热损耗wr和上述绝缘架空导线吸收的光照热量ws，并构建上述热路模型；
步骤s23、根据上述热路模型处理得到上述绝缘架空导线表面对空气散热的上述散热热阻t2和上述导体的上述导体温度θ；
步骤s24、根据上述热路模型处理构建上述导线暂态温升模型；
步骤s25、根据上述导线暂态温升模型处理得到根据上述热阻、上述导体温度以及上述导线暂态温升模型处理得到上述绝缘架空导线到达允许工作温度所需的时间作为预设电流对应的第一安全运行时间。
在本实施例中，根据线路电气参数计算线路介质损耗wd，导体热容和部分绝缘层热容之和q1，剩余部分绝缘层热容q2，导体至线路表面热阻t1；根据实测线路电流、线路表面温度θ0、光照强度、环境温度θs，计算线路在当前运行方式下焦耳热损耗wr，线路吸收光照热量ws，并构建热路模型；根据热路模型求解导线表皮对空气散热热阻t2和线路导体温度θ；上述参数计算方法为iec-60287标准。
较佳的实施例中，上述步骤s21和上述步骤s22基于iec-60287标准进行计算。
较佳的实施例中，上述步骤s23中，采用下述公式处理得到上述散热热阻t2和上述导体温度θ：
其中，
wr用于表示上述绝缘架空导线的上述焦耳热损耗；
wd用于表示上述绝缘架空导线的上述线路介质损耗；
ws用于表示上述绝缘架空导线在上述当前日照强度下吸收的光照热量；
t1用于表示上述绝缘架空导线的上述导线至上述绝缘架空导线表面的上述表面热阻；
t2用于表示上述绝缘架空导线表面对空气散热的上述散热热阻；
θ用于表示上述绝缘架空导线的上述导体的上述导体温度；
θ0用于表示上述绝缘架空导线的上述当前导线表面温度；
θs用于表示上述绝缘架空导线的上述当前环境温度。
在本实施例中，根据热路模型求解导线表皮对空气散热热阻t2和线路导体温度θ按照式(1)计算。
较佳的实施例中，上述步骤s24中，上述导线暂态温升模型对应的具体方程组如下：
其中，
wr用于表示上述绝缘架空导线的上述焦耳热损耗；
wd用于表示上述绝缘架空导线的上述线路介质损耗；
ws用于表示上述绝缘架空导线在上述当前日照强度下吸收的光照热量；
q1用于表示上述绝缘架空导线的上述导体的热容和部分上述绝缘层的热容之和；
q2用于表示上述绝缘架空导线的上述绝缘层中除部分上述绝缘层之外的上述绝缘层的热容；
t1用于表示上述绝缘架空导线的上述导线至上述绝缘架空导线表面的上述表面热阻；
t2用于表示上述绝缘架空导线表面对空气散热的上述散热热阻；
θ用于表示上述绝缘架空导线的上述导体的上述导体温度；
θ0用于表示上述绝缘架空导线的上述当前导线表面温度；
θs用于表示上述绝缘架空导线的上述当前环境温度；
t用于表示上述绝缘架空导线的到达允许工作温度所需的时间。
一种配电网架空绝缘导线动态载流能力评估系统，采用上述的配电网架空绝缘导线动态载流能力评估方法，用于处理并得到上述绝缘架空导线的实时动态导线载流量。
较佳的实施例中，上述配电网架空绝缘导线动态载流能力评估系统还用于在上述实时动态导线载流量超过预设报警值时输出报警信号。
如图2所示，一种配电网架空绝缘导线动态载流能力计算与评估方法，上述导线型式可参见jklyj-10/120型导线；上述方法包括：
步骤s1、采集导线现场运行数据包括运行电流、环境温度、日照强度及导线表面温度，形成导线的当前运行工况信息；
步骤s2、根据导线运行工况信息及导线物理电气参数(包括导线直径、绝缘介质材料类型及厚度等)构建一热路模型并求解各参数值(如图1和图3)；
步骤s3，根据构建的热路模型，建立导线暂态温升微分方程(如公式(1))，改变导线运行电流值，即重新计算焦耳热损耗wr后，按照式(1)求解导线温升过程，根据计算结果给出导线到达允许工作温度所需时间作为预设电流下的安全运行时间；
步骤s4、将预设电流作为导线的动态载流量，绘制动态载流量与安全运行时间工作曲线，根据曲线给出导线长期安全运行(即安全工作时间无穷大)允许载流量、30分钟安全运行允许载流量及2倍当前运行电流下安全运行时间，构成配电网架空绝缘导线动态载流能力评估结果。
在本实施例中，上述步骤s2中，上述各参数(除t2和θ)计算方法规则为iec-60287标准，本领域技术人员能够根据现有技术获得。参数t2和θ不仅与导线本体的热参数相关，还与外界环境参数有关。在本实施例中，当架空绝缘导线敷设完毕之后，它的运行方式等都已经确定，在给定负荷电流时，导线损耗就可以确定，环境温度、太阳辐射、导线表面温度可以利用在线系统实时监测，利用公式(2)可求解该类参数。
所建立热路模型考虑了线路外部散热条件，即能够计算光照产生的热量和外界风速变化或下雨对线路热场的影响。
如附图2所示，本发明将其它方法和规程没有考虑的线路在风和雨下表面散热过程以“等效热阻”t2来模拟计算，很好的说明了外界散热条件变化对线路热场的影响。当导线处于有风或者下雨环境下时，导线表面散热能力增强，外部等效散热热阻t2减小。t2可根据导线处于热平衡状态时计算得出。
本发明算法可计算运行工况下架空绝缘导线导体温度。
对于架空绝缘导线而言，线路导体温度值是影响线路热稳定的关键监测依据。通常情况下，无法得知运行线路在当前运行环境下的导体温度。本算法结合现场运行实际情况及线路热路模型，可计算出线路导体实时温度，从而为线路在增容运行条件下提供过热预警信息。
根据实时工况监测信息，综合考虑自然风、日照等外界环境因素对线路载流能力的影响，实现对配网架空绝缘导线载流能力实时评估。
如2中所言，其它方法和规程未能考虑自然风和日照，因不能有效计算其对线路暂态温升的影响。本发明解决了该问题，并能计算得到线路导体温度，从而可以根据线路在任何工况下暂态温升判断线路安全运行时间，实现线路动态载流能力评估。
计算架空绝缘导线动态载流量时，考虑了外界自然风、雨、日照辐射对其造成的影响，使得计算结果更为准确。算法适用于各种线径架空绝缘导线，方便推广。且根据线路当前运行工况可计算任一负载下暂态温升过程，进而较为精确的提供不同安全运行时间下线路允许载流量，以及可长期安全运行的允许载流量，在保证安全运行的前提下最大限度的提高了线路的利用率，达到线路增容运行的目的，解决负荷转供难题。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。