一种防输电线路舞动计算方法与流程

1.本发明属于输电线技术领域，尤其涉及一种防输电线路舞动计算方法。


背景技术：

2.架空输电线路是电力系统的重要组成部分，由于架空输电线路架设在户外，线路上会附着污秽物，且热胀冷缩效应使得弧垂值及应力值与设计时不同，当受到微地形和微气象的影响时会发生舞动。舞动发生时，由于同一档距内不同相的线路或导地线间舞动幅度不一致，导致相间距离过小，发生相间闪络跳闸现象。据统计，当输电线路发生覆冰舞动时，由于导线相间或导地线相间距离过小，发生相间闪络跳闸故障约占事故总数的50％以上。因此，依据微气象信息及线路本体参数信息，获得输电线路实时弧垂情况，建立舞动轨迹模型，可准确判断出导线相间及导地线相间距离值是否超限，以保障电力系统稳定。
3.传统的弧垂监测方法一般需要测量人员实地监测，精度有限，耗时长，难以实现弧垂的实时监测。
4.例如，申请日为2020.05.19，专利公开号为cn111339692a，专利号为2020104225404，名称为基于激光点云数据的电力线弧垂确定方法及装置的发明专利申请，该申请方法包括：基于激光点云数据确定目标区域中相邻的两个杆塔之间的目标电力线的电力线点云数据；应用预设的拟合方式确定目标电力线上的初始弧垂点以及初始弧垂值；在目标电力线的电力线点云数据中构建以初始弧垂点为中心的三维空间范围；若三维空间范围包含有电力线点云数据，则应用高程值最小的点的位置信息修正初始弧垂点以及初始弧垂值，得到实际弧垂点以及实际弧垂值。该方法能够有效提高电力线弧垂的获取准确度，并能够有效节省数据处理的时间及金钱成本，以及提高电力线弧垂的获取效率，提高应用电力线弧垂监测输电线路的运行状态的可靠性及精确性。这种方法虽然可快速测量弧垂值，但未能实现弧垂在不同气象的预估及相间距离判断。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种防输电线路舞动计算方法。其目的是为了在恶劣气象条件下、无法获取输电线路弧垂形态时，实现输电线舞动实时监测，以达到维护电力系统稳定运行的发明目的。
6.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
7.一种防输电线路舞动计算方法，包括以下步骤：
8.步骤1.获取现阶段条件下的输电线路形态；
9.步骤2.通过输电线路形态，根据离散点拟合曲线模型方程；
10.步骤3.根据曲线模型方程，计得当前状态下输电线路的应力值；
11.步骤4.利用曲线模型方程计算输电线弧垂方程；
12.步骤5.预估不同气象条件下的输电线路模型；
13.步骤6.建立输电线舞动椭球模型，判断相间距离是否超限。
14.更进一步的，步骤1所述获取现阶段条件下的输电线路形态，是采用激光设备扫描电力走廊，获取电力线三维点云数据，对采集的离散电力线点云数据进行拟合，拟合出一条曲线，计得曲线模型方程，并记录获取点云数据时的微气象信息。
15.更进一步的，步骤2所述通过输电线路形态，根据离散点拟合曲线模型方程，是以两杆塔的档距连线为x轴，以高程为z轴，建立xoz坐标系，在xoz坐标平面内求解曲线方程；对导线受力分析，求解曲线模型方程如下：
[0016][0017]
其中c1，c2为带求系数，σ0为应力值，γ为导线比载，此曲线模型方程式为二维悬链线模型，x为拟合曲线任意一点的横坐标值，z为弧垂纵坐标值。
[0018]
更进一步的，步骤4所述利用曲线模型方程计算输电线弧垂方程，是根据曲线模型方程求解当前状态下输电线路弧垂模型，得到弧垂方程公式为：
[0019][0020]
更进一步的，步骤5所述预估不同气象条件下的输电线路模型，是获取当前状态下输电线路弧垂方程及应力值后，结合曲线模型方程，考虑导线比载受微气象影响，预估不同微气象状态下的输电线路弧垂模型情况；
[0021]
根据不同自然因素条件下的应力计算与弧垂模拟参数之间的关系，得出架空输电线路方程，关系式如下：
[0022][0023]
式中：σm和σn分别为两种不同自然条件下的导线弧垂水平应力；γm和γn分别为两种不同自然条件下的电力线比载值；tm和tn分别为两种自然条件下的载流导线温度；l为导线所处目标档的档距；α为电力线的温度膨胀系数；e为电力线的膨胀系数。
[0024]
更进一步的，步骤6所述建立输电线舞动椭球模型，判断相间距离是否超限，是结合预估微气象状态下的输电线路弧垂模型，考虑风激励的影响，建立输电线椭球舞动轨迹。
[0025]
更进一步的，所述建立输电线椭球舞动轨迹，是通过舞动绕两杆塔连线为轴线，各舞动平面为椭圆，整体舞动轨迹为椭球体，舞动轨迹方程为：
[0026][0027]
式中l为两杆塔之间的档距，b为弧垂值，x为水平坐标，y为竖直坐标，z为垂直于xoy平面的坐标。
[0028]
更进一步的，所述计算方法，当在输电线路覆冰时，同一档距不同相间线路覆冰情况不同，导致弧垂情况发生改变，依据预估微气象状态下的弧垂模型，判断相间距离是否超限，以达到预警的目的；
[0029]
采用机载雷达航飞后所采集的点云数据，对导地线进行曲线模型拟合；
[0030]
拟合后的曲线模型方程分别为：
[0031]
地线方程：
[0032]
导线方程：
[0033]
计算得到导地线应力为σ0，比载为γ；
[0034]
导线上所产生的热量，使得地线覆冰厚度较导线严重；假设地线覆冰厚度为d1mm，导线覆冰厚度为d2mm，计算得出此状态下的电力线曲线模型方程分别为：
[0035]
地线方程：
[0036]
导线方程：
[0037]
得到地线应力为σ0′
，比载为γ
′
；导线应力为σ0″
，比载为γ
″
；
[0038]
此时覆冰状态下的导地线间距较未覆冰状态下的导地线间距变小，当受到风激励的影响发生舞动时，相间距离过近，易发生闪络跳闸现象。
[0039]
更进一步的，所述计算方法，当在输电线路覆冰时，同一档距不同相间线路覆冰情况不同，受到风激励的影响，舞动幅度不一致，导致相间距离过近，发生相间闪络跳闸；依据预估微气象建立导线椭球舞动轨迹，判断相间距离是否超限，以达到预警的目的；
[0040]
此覆冰状态下输电线弧垂方程分别为：
[0041]
地线弧垂方程：
[0042]
导线弧垂方程：
[0043]
覆冰后输电线路弧垂情况发生改变，覆冰越厚，弧垂越大；依据弧垂公式，以两杆塔顶端连线为轴线，建立旋转椭球模型，椭球方程分别为：
[0044]
地线椭球方程：
[0045]
其中，b1为地线的弧垂曲线模型方程；
[0046]
导线椭球方程：
[0047]
其中，b2为导线的弧垂曲线模型方程；
[0048]
当前气象条件下受风激励作用的舞动轨迹中，得到覆冰d1mm时受风激励影响地线舞动椭球模型和覆冰d2mm时受风激励影响地线舞动椭球模型，将两椭球模型进行比较，判断出相间距离是否超限；若超限，即会发生闪络跳闸事故。
[0049]
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种防输电线路舞动计算方法的步骤。
[0050]
本发明具有以下有益效果及优点：
[0051]
本发明能够在恶劣气象条件下、无法获取输电线路弧垂形态时，通过既往采集的输电线路参数，结合微气象信息及线路参数，及时获取输电线路弧垂情况，并依据弧垂形态，建立电力线舞动轨迹模型，可实现输电线舞动实时监测，能够实时判断出输电线路相间
距离是否超限，是否存在发生相间闪络跳闸的隐患，以达到预警的目的，有效的维护电力系统稳定运行。
附图说明
[0052]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0053]
图1是本发明线路受力分析图；
[0054]
图2是本发明舞动椭球图；
[0055]
图3是本发明数据处理流程图；
[0056]
图4是本发明覆冰状态与未覆冰状态下导地线形态曲线图；
[0057]
图5是本发明覆冰后导地线弧垂情况图；
[0058]
图6是本发明覆冰30mm时受风激励影响地线舞动椭球图；
[0059]
图7是本发明覆冰25mm时受风激励影响地线舞动椭球图。
具体实施方式
[0060]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0061]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0062]
下面参照图1-图7描述本发明一些实施例的技术方案。
[0063]
实施例1
[0064]
本发明提供一个实施例，是一种防输电线路舞动计算方法，具体包括以下步骤：
[0065]
步骤1.获取现阶段条件下的输电线路形态。
[0066]
具体是通过激光点云设备采集输电线坐标的，首先采用激光设备扫描电力走廊，获取电力线三维点云数据，再对采集的离散电力线点云数据进行拟合，拟合出一条曲线，计得曲线方程，并记录获取点云数据时的微气象信息。
[0067]
步骤2.通过输电线路形态，根据离散电力线点云数据拟合曲线模型方程。
[0068]
以垂直于地面的平面建立xoz坐标系，求解曲线模型方程。
[0069]
xoz坐标系具体是以两杆塔的档距连线为x轴，以高程为z轴，建立xoz坐标系，在xoz坐标平面内求解曲线模型方程，如图1所示，图1是本发明线路受力分析图。对导线受力分析，求解曲线模型方程如下：
[0070][0071]
其中c1，c2为带求系数，σ0为应力值，γ为导线比载，此曲线模型方程式为二维悬链线模型，x为拟合曲线任意一点的横坐标值，z为弧垂纵坐标值。
[0072]
步骤3.根据曲线模型方程，计得当前状态下输电线路的应力值。
[0073]
步骤4.利用曲线模型方程计算输电线弧垂方程。
[0074]
具体是根据曲线模型方程求解当前状态下输电线路弧垂模型，得到弧垂方程公式为：
[0075][0076]
步骤5.预估不同气象条件下的输电线路模型。
[0077]
获取当前状态下输电线路弧垂方程及应力值后，结合曲线模型方程，考虑导线比载受微气象影响，预估不同微气象状态下的电力输电线路弧垂模型情况。
[0078]
根据不同自然因素条件下的应力计算与弧垂模拟参数之间的关系，得出架空输电线路方程，关系式如下：
[0079][0080]
式中：σm和σn分别为两种不同自然条件下的导线弧垂水平应力；γm和γn分别为两种不同自然条件下的电力线比载值；tm和tn分别为两种自然条件下的载流导线温度；l为导线所处目标档的档距；α为电力线的温度膨胀系数；e为电力线的膨胀系数。
[0081]
步骤6.建立输电线舞动椭球模型，判断相间距离是否超限。
[0082]
具体是结合预估微气象状态下的电力输电线路弧垂模型，考虑风激励的影响，建立输电线椭球舞动轨迹。
[0083]
舞动绕两杆塔连线为轴线，各舞动平面为椭圆，整体舞动轨迹为椭球体，如图2所示，图2是本发明舞动椭球图。
[0084]
舞动轨迹方程为：
[0085][0086]
式中l为两杆塔之间的档距，b为弧垂值，x为水平坐标，y为竖直坐标，z为垂直于xoy平面的坐标。
[0087]
如图3所示，图3是本发明数据处理流程图。
[0088]
实施例2
[0089]
本发明提供又一个实施例，是一种防输电线路舞动计算方法。
[0090]
在输电线路覆冰时，同一档距不同相间线路覆冰情况不同，导致弧垂情况发生改变，依据预估微气象状态下的弧垂模型，判断相间距离是否超限，以达到预警的目的；
[0091]
采用机载雷达航飞后所采集的点云数据，对导地线进行曲线模型拟合；
[0092]
拟合后的曲线模型方程分别为：
[0093]
地线方程：
[0094]
导线方程：
[0095]
计算得到导地线应力为σ0，比载为γ；
[0096]
导线上所产生的热量，使得地线覆冰厚度较导线严重；假设地线覆冰厚度为d1mm，导线覆冰厚度为d2mm，计算得出此状态下的电力线曲线模型方程分别为：
[0097]
地线方程：
[0098]
导线方程：
[0099]
得到地线应力为σ0′
，比载为γ
′
；导线应力为σ0″
，比载为γ
″
；
[0100]
此时覆冰状态下的导地线间距较未覆冰状态下的导地线间距变小，当受到风激励的影响发生舞动时，相间距离过近，易发生闪络跳闸现象。
[0101]
实施例3
[0102]
本发明提供又一个实施例，是一种防输电线路舞动计算方法。
[0103]
在输电线路覆冰时，同一档距不同相间线路覆冰情况不同，导致弧垂情况发生改变，受到风激励的影响，舞动幅度不一致，会导致相间距离过近，发生相间闪络跳闸。因此，依据预估微气象状态下的弧垂模型，建立导线椭球舞动轨迹，判断相间距离是否超限，以达到预警的目的。
[0104]
采用机载雷达航飞后所采集的点云数据，对导地线进行曲线拟合。拟合后的悬链线方程分别为：
[0105]
地线方程：
[0106]
导线方程：
[0107]
可以得到导地线应力为σ0＝39.64mpa，比载为γ＝0.031。
[0108]
由于导线上所产生的热量，会使得地线覆冰厚度较导线严重，因此本文假设地线覆冰厚度为30mm，导线覆冰厚度为25mm，计算得出此状态下的电力线悬链线方程模型分别为：
[0109]
地线方程：
[0110]
导线方程：
[0111]
可以得到地线应力为σ0＝145.0968mpa，比载为γ＝0.164；导线应力为σ0＝111.5213mpa，比载为γ＝0.1097。
[0112]
实施例4
[0113]
本发明提供又一个实施例，是一种防输电线路舞动计算方法。
[0114]
当在输电线路覆冰时，同一档距不同相间线路覆冰情况不同，受到风激励的影响，舞动幅度不一致，导致相间距离过近，发生相间闪络跳闸；依据预估微气象建立导线椭球舞动轨迹，判断相间距离是否超限，以达到预警的目的。
[0115]
此覆冰状态下输电线弧垂方程分别为：
[0116]
地线弧垂方程：
[0117]
导线弧垂方程：
[0118]
覆冰后输电线路弧垂情况发生改变，覆冰越厚，弧垂越大；依据弧垂公式，以两杆塔顶端连线为轴线，建立旋转椭球模型，椭球方程分别为：
[0119]
地线椭球方程：
[0120]
其中，b1为地线的弧垂曲线模型方程；
[0121]
导线椭球方程：
[0122]
其中，b2为导线的弧垂曲线模型方程；
[0123]
当前气象条件下受风激励作用的舞动轨迹中，得到覆冰d1mm时受风激励影响地线舞动椭球模型和覆冰d2mm时受风激励影响地线舞动椭球模型，将两椭球模型进行比较，判断出相间距离是否超限；若超限，即会发生闪络跳闸事故。
[0124]
实施例5
[0125]
本发明提供又一个实施例，是一种防输电线路舞动计算方法。
[0126]
此时电力线形态如图4所示，图4是本发明覆冰状态与未覆冰状态下导地线形态曲线图。从图中可以看出，覆冰状态下的导地线间距较未覆冰状态下的导地线间距变小，当受到风激励的影响发生舞动时，相间距离过近，易发生闪络跳闸现象。
[0127]
此覆冰状态下输电线弧垂方程分别为：
[0128]
地线弧垂方程：
[0129]
导线弧垂方程：
[0130]
覆冰后输电线路弧垂情况发生改变，覆冰越厚，弧垂越大，如图5所示，图5是本发明覆冰后导地线弧垂情况图。可依据弧垂公式，以两杆塔顶端连线为轴线，建立旋转椭球模型，椭球方程分别为：
[0131]
地线椭球方程：b1＝-0.000565y2+0.10693y-0.03
[0132]
导线椭球方程：b2＝-0.0004918y2+0.0923y-0.0314
[0133]
当前气象条件下受风激励作用的舞动轨迹，如图6所示，图6是本发明覆冰30mm时受风激励影响地线舞动椭球图。如图7所示，图7是本发明覆冰25mm时受风激励影响地线舞动椭球图。将两椭球模型进行比较，可判断出相间距离是否超限，若超限，即会发生闪络跳闸事故。
[0134]
实施例6
[0135]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的一种防输电线路舞动计算方法的步骤。
[0136]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0137]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0138]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0139]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0140]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。