温度计算方法和装置与流程

本发明涉及电力通信领域，具体而言，涉及一种温度计算方法和装置。

背景技术：

如果架空输电线路地线的短路热稳容量不足，当电网发生单相接地故障时，将引起地线损伤断股，甚至造成单相或多相接地短路。因此对已建线路架空进行地线热稳容量的校核，应予以足够重视，以免给电网安全运行带来隐患。目前地线短路热稳定计算一般采用基于规程法的计算模型。DL/T 621-1997、DL/T 5222-2005、DL/T5092-1999分别给出了计算模型如下：

1、DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》

保护线的最小截面S按下式确定：

其中，S为截面积，单位为mm²；I为故障电流值(有效值)，单位为A；t为保护电气的动作时间，单位为s；k为按保护线、绝缘和其他部分的材质以及最初和最终温度决定的计算系数。Q_c为导线材料的体积热容量，单位为J/℃·mm³(其中，铝取2.5×10^-3)；B为导线在0℃时的电阻率温度系数的倒数，单位为℃(铝取228)；ρ₂₀为导线材料在20℃时的电阻率，单位为Ω·mm(铝取28.264×10^-6)；Ti为导线的初始温度，单位为℃，T_f为导线的最终温度，单位为℃；

根据DL/T 621-1997，对于铝，

2、DL/T 5222-2005《导体和电气选择设计技术规定》

式中，S为裸导体的载流截面，单位为mm²；Q_d为短路电流的热效应，单位为A²s；C为热稳定系数；K为常数，WS/(Ω·cm4)，铜为522×106，铝为222×106；τ为常数，单位为℃，铜为235，铝为245；T₁为导体短路前的发热温度，单位为℃；T₂为短路时导体最高允许温度，单位为℃，铝及铝镁(锰)合金可取200，铜导体取300。

3、DL/T 5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》

对于导线由单一材料构成，短路时产生的热能不向外部扩散，则

式中，I为地线验算短路热稳定允许电流，单位为A；α₀为载流部20℃时的电阻温度系数，单位为℃^-1，铝股取4.03×10^-3；R₀为载流部20℃时的电阻，单位为Ω/cm,铝股取0.476×10^-3；T为计算短路热稳定的时间，单位为s；t₁为地线初始温度，单位为℃；t₂为地线短路热稳定允许温度，单位为℃；C为载流部分的热容量，单位为cal/℃/cm，其中，C的计算公式如下：

C＝c₀DA

式中，c₀为导体的比热容，单位为cal/(g·℃)，对于铝股取0.21；D为导体的密度，单位为g/cm³，对于铝股取2.7；A为导体的截面，单位为cm²，对于铝股取58.905×10^-2。

根据以上三个标准进行地线短路热稳定容量的校核，可以计算出地线在流过故障电流时的温度，以此判断其是否超过了地线短路时最高允许温度。

但是，在架空输电线路实际运行过程中，发生过在故障杆塔的悬垂线夹处出现地线断线的情况，上述按照规程的校核计算忽略了地线在悬垂线夹接头处的接触电阻，使得地线温度计算结果不够准确，无法准确判断故障时刻地线温度是否超过了地线短路时最高允许温度。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种温度计算方法和装置，以至少解决现有技术中故障时刻地线温度计算不够准确的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种温度计算方法，包括：获取用于计算故障时刻悬垂线夹处地热的温度的参数；其中，所述参数包括：所述悬垂线夹处的接触电阻；根据获取的所述参数计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度。

可选地，所述方法应用于所述悬垂线夹处出现地线断线的场景。

可选地，通过以下方式计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度：其中，A₁＝a₀R₀(T₁-20)+R₀+r,R₀＝ρ₀l/s，C＝4.186·c₀DA；l为地线与所述悬垂线夹的接触长度，r为所述地线与所述悬垂线夹的接触电阻，α₀为所述地线在20℃的电阻系数，ρ₀为所述地线在20℃的电阻率，T₁为所述悬垂线夹处地线的初始温度，T₂为故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度，I为通过所述地线的电流，c₀为所述地线的比热容；D为所述地线的密度；A为所述地线的截面积。

可选地，所述接触电阻由以下至少之一因素确定：所述地线与所述悬垂线夹的接触面积；所述地线与所述悬垂线夹的接触部位所受到的压力；所述地线和所述悬垂线夹的材质。

可选地，在根据建立的所述地线温度计算模型计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度之后，所述方法还包括：判断计算得到的所述悬垂线夹处地线的温度是否大于所述地线短路时所允许的最高温度。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种温度计算装置，包括：获取模块，用于获取用于计算故障时刻悬垂线夹处地热的温度的参数；其中，所述参数包括：所述悬垂线夹处的接触电阻；计算模块，用于根据获取的所述参数计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度。

可选地，所述装置应用于所述悬垂线夹处出现地线断线的场景。

可选地，所述计算模块，用于通过以下方式计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度：其中，A₁＝a₀R₀(T₁-20)+R₀+r,R₀＝ρ₀l/s，C＝4.186·c₀DA；l为地线与所述悬垂线夹的接触长度，r为所述地线与所述悬垂线夹的接触电阻，α₀为所述地线在20℃的电阻系数，ρ₀为所述地线在20℃的电阻率，T₁为所述悬垂线夹处地线的初始温度，T₂为故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度，I为通过所述地线的电流，c₀为所述地线的比热容；D为所述地线的密度；A为所述地线的截面积。

可选地，所述接触电阻由以下至少之一因素确定：所述地线与所述悬垂线夹的接触面积；所述地线与所述悬垂线夹的接触部位所受到的压力；所述地线和所述悬垂线夹的材质。

可选地，所述装置还包括：判断模块，用于判断计算得到的所述悬垂线夹处地线的温度是否大于所述地线短路时所允许的最高温度。

在本发明实施例中，采用在计算故障时刻悬垂线夹处地线的温度时考虑了悬垂线夹处的接触电阻，即考虑了接触电阻带来的温升，使得计算结果更加准确，进而解决了现有技术中故障时刻地线温度计算不够准确的技术问题，提高了地线热稳定校核结果的准确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的温度计算方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的温度计算装置的结构示意图；

图3是根据本发明优选实施例提供的悬垂线夹的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种温度计算的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的温度计算方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取用于计算故障时刻悬垂线夹处地热的温度的参数；其中，所述参数包括：所述悬垂线夹处的接触电阻；

步骤S104，根据获取的所述参数计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度。

通过上述步骤，采用在计算故障时刻悬垂线夹处地线的温度时考虑了悬垂线夹处的接触电阻，即考虑了接触电阻带来的温升，使得计算结果更加准确，进而解决了现有技术中故障时刻地线温度计算不够准确的技术问题，提高了地线热稳定校核结果的准确度。

需要说明的是，上述方法可以应用于所述悬垂线夹处出现地线断线的场景，但并不限于此，其也可以应用于悬垂线夹处未出现地线断线的场景。

需要说明的是，通过以下方式计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度：其中，A₁＝a₀R₀(T₁-20)+R₀+r,R₀＝ρ₀l/s，C＝4.186·c₀DA；l为地线与所述悬垂线夹的接触长度，r为所述地线与所述悬垂线夹的接触电阻，α₀为所述地线在20℃的电阻系数，ρ₀为所述地线在20℃的电阻率，T₁为所述悬垂线夹处地线的初始温度，T₂为故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度，I为通过所述地线的电流，c₀为所述地线的比热容；D为所述地线的密度；A为所述地线的截面积。

需要说明的是，上述接触电阻可以由以下至少之一因素确定：所述地线与所述悬垂线夹的接触面积；所述地线与所述悬垂线夹的接触部位所受到的压力；所述地线和所述悬垂线夹的材质。

需要说明的是，在上述步骤S104之后，上述方法还可以包括：判断计算得到的所述悬垂线夹处地线的温度是否大于所述地线短路时所允许的最高温度。

需要说明的是，由于故障发生时间为瞬时，因而上述计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度可以在以下至少之一条件下进行：

(a)不考虑地线外表面对外界空气的热扩散情况；

(b)不考虑地线铝股与钢芯及线夹热交换情况，全部热量被铝股吸收；

(c)忽略导线与线夹处接触电阻随温度变化情况。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种温度计算的产品实施例，图2是根据本发明实施例的温度计算装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：

获取模块22，用于获取用于计算故障时刻悬垂线夹处地热的温度的参数；其中，所述参数包括：所述悬垂线夹处的接触电阻；

计算模块24，与上述获取模块22连接，用于根据获取的所述参数计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度。

通过上述装置，在计算模块24计算故障时刻悬垂线夹处地线的温度时考虑了悬垂线夹处的接触电阻，即考虑了接触电阻带来的温升，使得计算结果更加准确，进而解决了现有技术中故障时刻地线温度计算不够准确的技术问题，提高了地线热稳定校核结果的准确度。

需要说明的是，上述装置可以应用于所述悬垂线夹处出现地线断线的场景，但并不限于此，其也可以应用于悬垂线夹处未出现地线断线的场景。

在本发明的一个实施例中，上述计算模块24，可以用于通过以下方式计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度：其中，A₁＝a₀R₀(T₁-20)+R₀+r,R₀＝ρ₀l/s，C＝4.186·c₀DA；l为地线与所述悬垂线夹的接触长度，r为所述地线与所述悬垂线夹的接触电阻，α₀为所述地线在20℃的电阻系数，ρ₀为所述地线在20℃的电阻率，T₁为所述悬垂线夹处地线的初始温度，T₂为故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度，I为通过所述地线的电流，c₀为所述地线的比热容；D为所述地线的密度；A为所述地线的截面积。

需要说明的是，上述接触电阻由以下至少之一因素确定：所述地线与所述悬垂线夹的接触面积；所述地线与所述悬垂线夹的接触部位所受到的压力；所述地线和所述悬垂线夹的材质。

在本发明的一个实施例中，上述装置还可以包括：判断模块，与上述计算模块24连接，用于判断计算得到的所述悬垂线夹处地线的温度是否大于所述地线短路时所允许的最高温度。

需要说明的是，由于故障发生时间为瞬时，因而上述计算模块24计算故障时刻所述悬垂线夹处地线的温度可以在以下至少之一条件下进行：

(a)不考虑地线外表面对外界空气的热扩散情况；

(b)不考虑地线铝股与钢芯及线夹热交换情况，全部热量被铝股吸收；

(c)忽略导线与线夹处接触电阻随温度变化情况。

此处需要说明的是，上述获取模块22、计算模块24对应于实施例1中的步骤S102至步骤S104，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

为了更好地理解本发明实施例，以下结合优选的实施例对本发明做进一步解释。

图3是根据本发明优选实施例提供的悬垂线夹的结构示意图，如图3所示，悬垂线夹包括：船体1、回转轴2、压板3和挂件4，但并不限于此，如图3所示，故障时刻，流向地线的故障电流经由悬垂线夹流向地线并向地线前后两个方向分流，在线夹处的温度达到最大值。

由于故障发生时间为瞬时，假定如下条件：

(a)不考虑地线外表面对外界空气的热扩散情况；

(b)不考虑地线铝股与钢芯及线夹热交换情况，全部热量被铝股吸收；

(c)忽略导线与线夹处接触电阻随温度变化情况。

设导线与线夹接触长度为l，导线与线夹的接触电阻为r，线夹接触部位的导线电阻为R(T)。导体通过电流I，任意时刻dt，温升为dθ，有公式(1)所述关系：

I²(R+r)dt＝C·l·dθ＝C·l·dT (1)

线夹处流过电流I，持续时间t，线夹处导线温度由T₁上升到T2，对公式(1)式两边求积分，得到公式(2)：

其中，C为导线比热，单位为cal/cm，表示单位长度导线每升高1℃所吸收的焦耳热；其中，C由公式(3)获得：

C＝4.186·c₀DA (3)

其中c₀为导体的比热容，单位为cal/(g·℃)；D为导体的密度，单位为g/cm³；A为导体的截面，铝股取cm²。

R(T)为线夹处铝股的电阻，是与温度T有关的变量，其中，R(T)可由公式(4)获得：

R(T)＝R₀[1+α₀(T-20)] (4)

其中，α₀为导体的在20℃的电阻系数(1/℃)，ρ₀为导体在20℃的电阻率(Ω·m)。

将上述公式(4)式代入(2)式，积分得到公式(5)

对公式(5)整理，得到公式(6)

其中，

R₀＝ρ₀l/s (7)

A₁＝a₀R₀(T₁-20)+R₀+r (8)

需要说明的是，接触电阻r与导体间的接触面积、接触部位的压力以及导体的材质等因素密切相关，对于导线与悬垂线夹的接触电阻尚没有实测数据。对于其取值，至少存在以下两种情况：

1、GB 2314-2008《电力金具通用技术条件》对于耐张线夹、接续金具和接触金具，对其接触电阻有明确要求，“导线接续处两端点之间的电阻，压缩型金具，应不大于同样长度导线的电阻；非压缩型金具，应不大于同样长度导线电阻的1.1倍”。但对于悬垂线夹，未做明确的数值要求“悬垂线夹与被安装的导线、地线间应有充分的接触面，以减少由故障电流引起的损伤”。

由于悬垂线夹采用压条和U型螺丝(埋头螺栓)组成的握紧系统，其握紧力约为导线计算拉断里的14％，低于耐张线夹的90％-95％。对于故障处悬垂线夹，其压条约为0.1m，同等长度导线电阻约为48μΩ，推断该处接触电阻应不低于50μΩ。

2、接触电阻大小与导体间的接触面s1成反比，假定参数ρ₁为导体间的接触电阻率，则接触电阻r＝ρ₁/s₁。对于接触面为200mm×30mm的接地引下线连接板的接触电阻一般不超过100μΩ。悬垂线夹与地线的接触面为s₁＝πdl。其中，d为LGJ-60/35地线的直径，取12.5mm，则接触电阻r＝200mm*30mm*100μΩ/(3.14*12.5mm*100mm)＝153μΩ。考虑线夹握力高于接地引下线连接板接触面压力，因此，线夹处接触电阻应不超过150μΩ。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。