一种架空输电线路载流量评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种架空输电线路载流量评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济飞速增长，电力需求急速上升，自上世纪70年代起，我国就逐步进 入了电力紧缺的局面。同时，输电网络的建设又受到建设周期长、一期投资巨大、征地困难、 环保问题等因素制约，尤其在用地紧张的大中城市周边，新建输电线路极为困难。在这种背 景之下，提高现有电网输送能力成为亟待解决的问题之一。
[0003] 对于现有线路而言，在不改变已有网络结构并确保电网安全可靠运行的前提下， 根据导线的环境参数（环境温度、风速、风向、日照强度等）、导线温度和导线负荷实时评估 输电线路的最大载流量，可以在保证输电线路安全稳定运行的基础上，最大限度的提升线 路载流量，使许多新建线路可以缓建或者暂时不建，能很大程度上缓解负荷骤增后的输电 瓶颈问题。
[0004] 现有输电线路载流量评估系统中，对于导线温度，一般有以下几种测量方法：通过 传感器直接测量导线温度，由于导线一般很长，所处气象条件并非完全一致，因此测得某一 点的温度很难代表导线的均温，且传感器所测导线表面温度与内部温度也存在一些误差； 通过张力传感器测量导线张力，利用导线张力温度拟合曲线计算导线温度，这种方法可以 较为准确地获得导线均温，但在一次侧安装张力计需要长时间停电，对电力系统运行造成 一定影响；通过图像传感器测量导线弧垂，利用弧垂温度曲线求得导线温度，这种方法只需 在导线下方安装几个摄像头，但在图像处理中计算量较大且存在一定误差。对于导线载流 量计算模型，现有评估系统多采用气候模型，但气候条件的选取较为笼统，与导线所处的微 气候条件存在一定偏差，且所需计算参数中风速风向变化一般较大，很难准确测量。
[0005] 因此本系统利用倾角传感器推算导线温度，基于导线温度模型，利用热传递系数 代表环境温度、风速风向对导线的综合影响，利用温度传感器测量环境温度和日照强度，通 过挂线的电流传感器测量负荷电流，利用导线温度、环境温度、日照强度、负荷电流评估导 线实时载流量，设备安装便捷，无需测量风速风向，避免了风速风向测不准的问题，提高了 计算准确性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于导线微气候条件 (环境温度、日照强度）和导线倾角测量的架空输电线路载流量实时评估方法。
[0007] 本发明的原理：
[0008] 架空输电线路的载流量主要与环境因素以及导线温度、导线材料尺寸等导线自身 因素有关。其计算主要根据导线的稳态热平衡方程，如下
[0009] Qr+Qf=Qs+I2R， t ⑴
[0010]其中A为辐射散热功率，Q f为对流散热功率，Q s为日照吸热功率，12R' t为导线 交流电阻的发热功率。在确定导线型号即导线各项参数后，（1)式中四种功率的物理意义 和计算如下。
[0011] 辐射散热功率A表示了导线表面的热辐射功率，与导线自身参数、导线温度T。、环 境温度T a有关，具体计算见下式。
[0012] Qr= JiDE1S1[(Tc+273)4-(T a+273)4] (2)
[0013] 其中，D为导线外径；EiS导线表面的热福射散热系数，我国标准中，一般取0. 9;Si 为斯特凡一包尔茨曼常数，取5. 67X1(T8,W/m2;Ta、T。为导线温度和环境温度，°C。
[0014] 日照吸热功率Qs表示了导线对日照辐射吸收的功率，与导线的尺寸和日照强度有 关。
[0015] Qs= a SJSD (3)
[0016]其中，a 3为导线表面的吸热系数，我国标准中，一般与导线辐射系数相等；Js为日 照强度，保守起见，我国标准中，一般取为l〇〇〇W/m2。
[0017] 导线交流电阻的发热功率I2R' t由导线的稳态载流量I和导线的交流电阻计算 而来，导线温度为T。时的交流电阻R(T。）与导线温度T。有关：
[0018] R(TC) = (l+k)R20[l+a20(Tc-20)] (4)
[0019]其中，k为导线的集肤效应系数，与导线的横截面积有关，当横截面积不大于 400臟2时，取1^ = 0.0025大于400臟2时，取1^ = 0.01;1?2(|为导线201：时的材料温度系数， 对于铝材料，可以取0. 00403/°C。
[0020] 对流散热功率Qf由导线温度T。、环境温度Ta和热传递系数h(t)计算得出，如下 式。
[0021] Qf=h(t)(Tc_T a) (5)
[0022] 其中，热传递系数h(t)表示了环境温度、风速、风向对对流散热功率的综合影响， 在风速风向的测量不够准确是时，导线温度模型可以很好地避免其带来的误差。
[0023] 在已知导线当前负荷电流L、导线温度T。、环境温度!；、日照强度J s和导线自身参 数时，可以通过将（2)、（3)、⑷式带入下式计算得出h(t)。
[0025] 在环境温度的风速变化不大时，热传递系数h(t)的变化极其微小，基本在千分之 一以内。因此可以取导线温度为最大允许温度70°C时对应的热传递系数。
[0026] 本发明的技术解决方案如下：
[0027] -种架空输电线路载流量评估方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：
[0028] 步骤S1，在铁塔上的导线侧安装倾角传感器，用以测量导线垂直投影平面内悬挂 倾角0 4和风偏角n ;在导线上悬挂电流传感器，用以测量导线的负荷电流Iy在铁塔上安 装温度传感器，用以测量环境温度Ta和日照强度J s;
[0029] 步骤S2,选取导线空载、负荷电流为零I = 0时的导线状态作为初始状态，即已知 状态，利用温度传感器测得环境温度为Ta(l，此时的导线温度应等于环境温度，即1^=Ta(l， 利用倾角传感器测量导线垂直投影平面内初始悬挂倾角0A〇和初始风偏角n M
[0030] 在导线正常运行状态，即待求状态，负荷电流不为零时，利用倾角传感器测量实时 导线悬挂倾角0A1和实时风偏角n i，利用温度传感器测量实时环境温度为Tal;
[0031] 步骤S3,计算初始和实时状态的导线水平应力％和〇 i，公式如下：
[0034]式中，0 A(l和0 41为导线初始和实时状态的悬挂倾角，1为线路档距，0为高角差， 可在本条线路的设计参数中查到，Yv为垂直比载，通过下式计算
[0036] 其中，q为单位长度导线质量，S为导线截面积；
[0037] 步骤S4,计算初始和实时状态的导线综合比载yjP y i，公式如下：
[0040] 式中，ru和n1为初始状态和实时状态的导线风偏角；
[0041] 步骤S5,计算导线实时温度Tel，公式如下：
[0043] 其中，％和〇1为初始和实时状态的水平应力；Y jP Y :为初始和实时状态的导 线综合比载；％和n i为初始和实时状态的导线风偏角；初始和实时状态下的 导线温度；a为导线温度线膨胀系数；E为弹性系数；
[0044] 步骤S6,利用电流传感器测量导线的实时负荷L，利用温度传感器测量导线实时 环境温度T al及日照强度J s，计算当前环境条件的导线热传递系数h (t)，公式如下：
[0046] 式中，I#导线实时负荷电流、Tel、Tal为导线