一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，包括以下步骤：1、确定气象预报信息、覆冰信息、输电线路信息，2、基于输电线路导线的精确模型应力计算模型来求解耐张塔段内每一档的实时应力值，并计算杆塔上所受不平衡力，3、分析实时应力值与极限应力值的数值关系，分等级进行导线预警，比较杆塔不平衡力与极限不平衡力，分等级进行杆塔预警。本发明能够实现电力系统处于覆冰时期对输电线路导线断线的智能判断。通过对信息的全面采集，采用代表档距计算模型和精确应力计算模型测量线路的各档应力值，从而准确判断出线路是否处于断线的危险，避免了传统判断方法不直接、精度低、耗时长的缺点。
【专利说明】一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法
【技术领域】
[0001]本发明属电力系统覆冰灾害安全防御，特别是一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法。
【背景技术】
[0002]由于我国幅员辽阔，地理环境复杂以及气候类型多样化，极端的自然灾害频繁发生，如每年东南沿海地区常发生的台风灾害、在云贵高原和三峡地区的冰灾等。在这些极端天气条件下，输电线路所受荷载会超过其设计承受能力，引起输电线应力会发生显著变化，从而引发电网故障。如在2008年冰雪灾害中，由于长时间的冻雨，输电线路上产生了严重的覆冰，引起导线应力的变化，导致导线应力过大造成输电线路断线倒塔事故。因此，在电网设计、运行和故障后分析中常需要对极端天气条件下的线路进行力学计算。
[0003]目前，常用来判断覆冰时期输电线路导线断线的方法有两种:一种是通过导线的弧垂值来判定其应力值；另一种是通过专门的覆冰厚度监测装置获取冰厚数据，再根据经验判断导线大致所受的应力是否处于危险范围。上述这两种方法共同的不足之处是，间接获取应力值，缺少精确度；第一种方法需要相关工作人员去现场测量弧垂，不仅耗费人力资源，而且耗时长；第二种方法依赖专家经验，不够自动化，且精确度相对较低。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1、确定气象信息、覆冰厚度信息和架空线路详细信息，所述气象信息具体包括:实时温度t、最高气温tmax、最低气温tmin、平均气温tav与覆冰产生的平均气温tira ;覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度b ;架空线路详细信息具体包括导线型号、该导线型号对应的弹性系数E、截面积A、外径D、单位长度质量q、各档档距Iitl、各档高差hi(l、各档高差角β K)、各基直线塔上悬垂串的长度X1、垂向荷载Gp架线时温度h、架线气温下各档水平应力σ CKl ；
[0007]步骤2、根据已知的气象信息，通过代表档距法计算模型确定初始水平应力，再由精确应力计算模型确定耐张塔段内每一档的实时应力值σ i ;具体包括如下几个步骤:
[0008]步骤2-1、确定输电线路导线的极限应力σ lim ;所用公式为:
【权利要求】
1.一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、确定气象信息、覆冰厚度信息和架空线路详细信息，所述气象信息具体包括:实时温度t、最高气温tmax、最低气温tmin、平均气温tav与覆冰产生的平均气温tira;覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度b;架空线路详细信息具体包括导线型号、该导线型号对应的弹性系数E、截面积A、外径D、单位长度质量q、各档档距Iitl、各档高差hi(l、各档高差角^itl、各基直线塔上悬垂串的长度X1、垂向荷载Gp架线时温度h、架线气温下初始水平应力 0 OO ; 步骤2、根据已知的气象信息，通过代表档距法计算模型确定初始水平应力，再由精确应力计算模型确定耐张塔段内每一档的实时应力值σ i ; 步骤3、由步骤2中确定的每个档距内导线的应力σ i，确定各杆塔上所受不平衡张力AFi ； 步骤4、将每个档距内导线应力Oi与其极限应力σ ^进行比较，分等级进行导线预警；将每个杆塔上不平衡张力与其设计可承受不平衡张力八^进行比较，分等级进行杆塔不平衡力预警。
2.根据权利要求1所述一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，所述的步骤2根据已知的气象信息，通过代表档距法计算模型确定初始水平应力，再由精确应力计算模型确定耐张塔段内每一档的实时应力值σ i，具体包括以下步骤: 步骤2-1、确定输电线路导线的极限应力σ lim ;所用公式为:
式中，Tb为导线的计算拉断力，A为导线的截面积； 步骤2-2、确定代表高差角β r与代表档距L ;所用公式分别为:
式中，?待求，为代表高差角，IitI为第i档档距，β i(i为第i档高差角，i为从I到η的正整数，η为档数；
式中，L待求，为代表档距，β r为代表高差角，Ii0为第i档档距，β K1为第i档高差角，i为从I到η的正整数，η为档数； 步骤2-3、通过代表档距法计算模型，利用架设电线时的气温h与输电线路导线的参数，确定最高气温tmax、最低气温tmin、平均气温tav三种气象条件下各自的应力值，将应力值最接近水平应力设计值σ 00的计算状态所对应的气象条件作为精确应力计算模型的初始气象条件，以及下述步骤2-5中计算的末态气象条件；所述代表档距法计算模型如下:
2 2 ^2 2 3
Εγ~Γ cos^ βΕγ~Γ cos^ β σ ——^^ = σ ——^—-~~r—aE(t -?)οο^β 02 24σ"01 24α"2 1 ^
02 01 式中，数字I代表初始气象状态，数字2代表末端气象状态，t为温度，α为导线温度膨胀系数，E为输电线路导线的弹性系数，0(11为初始态水平应力，0(12为末态水平应力，Iy为代表档距，3,为代表高差角，Y为比载，Y =q*g/A，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积； 步骤2-4、再次通过代表档距法计算模型，利用架设电线时的气温h、覆冰产生的平均气温tiM与输电线路导线的参数，确定不同覆冰厚度对应的导线总比载Yb条件下的应力值，将应力值最接近极限σ lim的计算状态所对应的气象条件作为下述步骤2-5中的初始气象条件；所述不同覆冰厚度对应的导线总比载Yb计算公式为:
9.8 k/+ 0.03/)(7) + 0) Y=--- bA 式中，Q为导线的单位质量，D为导线的外径，b覆冰厚度，A为导线的截面积； 步骤2-5、利用步骤2-3所述的末态气象条件、步骤2-4所述的初始气象条件，并且设极限应力Clim为初始应力值，第三次使用代表档距法计算模型，求得初始水平应力值，并且将它作为精确应力计算模型的初始水平应力； 步骤2-6、根据所有已知的实时气象条件，运用精确应力计算模型求得耐张塔段内每一档的实时应力值σ i ;所述精确应力计算模型包括以下三个关系模型: (1)档距增量ΛIi与水平应力σ i间的关系模型: Δ/,.=^-糾+-U-
O0 σ 丨 24 E cos βη、2//0 x_ho_
cos2 β?0(1 +rf I 10ZSai2) 式中h—待求值，为第i档在气温为t、比载为Yi下的电线水平应力；i为从I到η的正整数，η为档数； σ ο——初始水平应力值； Ii0—第i档档距； Y0> Y 1-导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，Y 0为q*g/A, Y i为q*g/A+0.027728 (b (b+D) /A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径； Ali——待求值，第i档档距的Iitl的增量，具体为第i档档距比架线情况悬垂串处于中垂位置时档距的增长量； Ahi——待求值，第i档高差hi(l的增量，具体为第i档两端悬垂串偏斜后悬挂点间高差hi(l的变化量，右悬挂点高左悬挂点者hi(l及高差角β i0为正值；t>t0—分别为实时温度和架线时气温；α——导线温度膨胀系数； E——导线弹性系数； (2)第i档高差增量Ahi与第i基塔悬挂点偏移δi间的关系模型:
式中Ahi——待求值，第i档高差hi(l的增量，i为从I到η的正整数，η为档数； δ 1、δ η—第i档两端第1-Ι基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为O； λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有入，但6为0; (3)第i基塔悬挂点偏移δ i与水平应力间σ i的关系模型:
式中Oi——待求值，为第i档在气温为t、比载为Yi下的电线水平应力；i为从I到η的正整数，η为档数；
δ j- δ j = δ η+Δ Ii ； A—导线的截面积； Yi——导线覆冰后比载，Yi为q*g/A+0.03(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径； Si—第i档两端基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为O; Gp λ—各杆塔上的悬垂绝缘子串的垂向荷载及长度，其中两端耐张塔上也假定有入，但δ为O ; Ii0—第I档档距； hi0,h(i+1)0——第i档和第i+Ι档高差，具体为悬垂串均处于中垂位置时，第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第1-Ι和第i+ι基悬挂点间的高差，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值，现场测得；β?0——第i档高差角。
3.根据权利要求1所述一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，步骤3中所述杆塔不平衡张力的计算模型为:
Δ Fi = (σ i+「σ ) A = Fw-Fi (i = 1,2，...，n_l) 式中:σ i+1和σ ,分别为第i+1档和第i档电线的水平应力，i为η为杆塔的数目； A—为导线的截面积； Fi+1和Fi—一分别为第i+Ι档和第i档电线的水平张力； AFi—第i基直线杆塔除冰过程中所承受的不平衡张力差。
4.根据权利要求1所述一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，步骤4中所述导线预警具体的数值关系与相应的预警等级为: 所述导线预警具体的数值关系与相应的预警等级为: 当0^50% Olim时，不预警; 当50% Olim^ σ^70% Olim时，输出第i档导线黄色预警； 当70% olim<0i<85% Olim时，输出第i档导线橙色预警；当σ i彡85% Olim时，输出第i档导线红色预警；所述杆塔不平衡力预警具体的数值关系与相应的预警等级为:当Δ Fi < 0.6 Δ Fs,不预警；当0.6 Λ Fs〈 Λ Fi〈0.8 Λ Fs，输出第i基杆塔黄色预警；当0.8 Λ Fs < Λ Fi < 0.95 Λ Fs，输出第i基杆塔橙色预警；当Λ FiX).95 Λ Fs，输出第i基杆塔红色预警。
【文档编号】G08B19/02GK104167076SQ201410399008
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】谢云云, 张连花, 金颖, 张明宇, 张令灏 申请人:南京理工大学