等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统

文档序号:1886938 发布日期:2021-11-26 浏览:7次 >En<

阅读说明:本技术 等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统 (Equal-span transmission and distribution line tangent tower equivalent icing thickness measurement method and system ) 是由 黄增浩 李�昊 何锦强 赵林杰 廖永力 朱登杰 张志强 王斌 魏发生 牛唯 马晓 于 2021-07-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统包括:根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力;根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程;根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。本发明能够减小覆冰厚度计算误差,提高输配电线路覆冰在线监测准确性。(The invention discloses a method and a system for measuring equivalent icing thickness of a tangent tower of a constant-span power transmission and distribution line, which comprises the following steps: according to historical tension data of the wire under the working condition without ice coating, calculating to obtain the horizontal tension of the wire under the working condition without ice coating; establishing a wire state equation according to the wire parameters and the wire current effective value; calculating according to a preset verification icing thickness to obtain a conductor specific load under an icing working condition, and substituting the conductor specific load under the icing working condition and the conductor horizontal tension under the non-icing working condition into the conductor state equation to obtain the conductor horizontal tension under the icing working condition; calculating to obtain a calculated value of the wire tension under the ice coating working condition according to the wire horizontal tension under the ice coating working condition and the wire specific load under the ice coating working condition; and obtaining the equivalent ice coating thickness of the wire based on the comparison result of the tension monitoring value monitored by the tension sensor and the calculated value of the tension of the wire. The method can reduce the calculation error of the icing thickness and improve the icing on-line monitoring accuracy of the power transmission and distribution line.)

等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统

技术领域

本发明涉及输配电线路覆冰在线监测领域,尤其涉及一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统。

背景技术

冰灾严重威胁着电网的安全运行,极端寒冷天气的出现使得输电线路大面积覆冰事件频发,导致发生输电线路断线、倒塔、绝缘子闪络等事故,给电网造成巨大的经济财产损失。因此,覆冰在线监测是电网防冰抗冰工作的重要一环。现有技术中,称重法广泛运用于直线塔的覆冰厚度计算上,然而该方法计算出来的覆冰厚度具有较大的误差,导致覆冰在线监测的准确性差。

发明内容

本发明提供一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统,以解决现有技术中覆冰厚度计算方法具有较大误差的问题,本发明能够极大地减小垂直档距变化对覆冰厚度计算结果造成的误差,有利于提高等档距输配电线路覆冰在线监测的准确性。

本发明实施例提供了一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法,包括:

根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力;

根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,其中,通过电流互感器监测得到所述导线电流有效值,或通过负荷曲线得到所述导线电流有效值;

根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;

根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;

基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。

进一步地,所述根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力,包括:

根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线拉力;

根据下式计算得到无覆冰工况下的导线水平张力:

式中,F0为无覆冰工况下的导线拉力,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高时,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ0为无覆冰工况下的导线比载。

进一步地,所述输电线路状态方程为:

其中,H1为覆冰工况下的导线水平张力;α为导线膨胀系数;E为导线弹性系数;ω0为无覆冰工况下的导线单位长度重量,ω1为覆冰工况下的导线单位长度重量;ΔT1为无覆冰工况和覆冰工况下自然环境引起的导线温度差;ΔT2为无覆冰工况和覆冰工况下因导线载流量变化引起的导线温度差。

进一步地,所述根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,包括:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线比载:

γ1=γ0+0.9πb(b+D)

式中,γ0为无覆冰工况下的导线比载,b为预设的验证覆冰厚度,D为导线直径。

进一步地,所述根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值,包括:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值:

式中,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ1为覆冰工况下的导线比载。

进一步地,所述基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度,包括:

在所述拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果不大于预设误差时,判定所述导线等值覆冰厚度为所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值小于所述导线拉力计算值时,按照第一预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值大于所述导线拉力计算值时,按照第二预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度。

相应地,本发明实施例还提供了一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量系统,包括:

第一计算模块,用于根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力;

建立状态方程模块,用于根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,其中,通过电流互感器监测得到所述导线电流有效值,或通过负荷曲线得到所述导线电流有效值;

求解模块,用于根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;

第二计算模块,用于根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;

第三计算模块,用于基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。

与现有技术相比,本发明实施例所提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统,通过无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算无覆冰工况下的导线水平张力;接着根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,对导线状态方程进行求解,得到覆冰工况下的导线水平张力;再根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;最后基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。本发明实施例通过考虑导线运行电流建立导线状态方程,得到等值覆冰厚度,可以极大地减小因覆冰时垂直档距变化造成的误差,从而提高等档距输配电线路覆冰在线监测的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法的流程示意图;

图2是本发明实施例提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量系统的结构示意图;

图3是本发明实施例中直线塔模型示意图。

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。

参见图1,是本发明实施例提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法的流程示意图,包括:

S11、根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力;

S12、根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,其中,通过电流互感器监测得到所述导线电流有效值,或通过负荷曲线得到所述导线电流有效值;

具体地,导线参数包括导线型号、线路的设计资料中导线对应的弹性系数E、导线膨胀系数α,导线截面积S,导线比载γ0、档距l、各档高差h、绝缘子串和金具的重量M,线路设计气象条件。

S13、根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;

具体地,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,利用迭代法求解导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;

S14、根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;

S15、基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。

在现有技术中通常将垂直档距作为固定值,忽略了垂直档距在覆冰时的变化特性,导致计算出的覆冰厚度误差较大,而本发明实施例通过建立导线状态方程,能够减小因覆冰时垂直档距变化造成的误差,从而提高输配电线路覆冰在线监测准确性。

作为上述方案的改进,所述根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力,包括:

根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线拉力;

根据下式计算得到无覆冰工况下的导线水平张力:

式中,F0为无覆冰工况下的导线拉力,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高时,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ0为无覆冰工况下的导线比载。

需要说明的,参见图3,根据覆冰在线监测终端获取无覆冰工况下的历史拉力数据,求得历史拉力数据的平均值,即可得到无覆冰工况下的导线拉力:

式中,Fi为覆冰在线监测终端监测的无覆冰工况下的拉力数据,N为监测数据个数。可以理解的,当提取一年内覆冰在线监测终端监测到的无覆冰工况下的拉力数据时,F0为年平均无覆冰工况下的导线拉力。

根据无覆冰工况下的拉力传感器监测值的计算公式:

式中,F0为无覆冰工况下的导线拉力,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高时,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ0为无覆冰工况下的导线比载,H0为无覆冰工况下的导线水平张力;

求得无覆冰工况下的导线水平张力:

式中,F0为无覆冰工况下的导线拉力,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高时,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ0为无覆冰工况下的导线比载。

作为上述方案的改进,所述输电线路状态方程为:

其中,H1为覆冰工况下的导线水平张力;α为导线膨胀系数;E为导线弹性系数;ω0为无覆冰工况下的导线单位长度重量,ω1为覆冰工况下的导线单位长度重量;ΔT1为无覆冰工况和覆冰工况下自然环境引起的导线温度差;ΔT2为无覆冰工况和覆冰工况下因导线载流量变化引起的导线温度差。

可以理解的,考虑等档距情况下,线路路径一般起伏不大,整个耐张段线路代表高差角一般值很小,近似认为线路代表高差角为0度,于是建立考虑导线运行电流的简化的导线状态方程:

其中,H1为覆冰工况下的导线水平张力;α为导线膨胀系数;E为导线弹性系数;ω0为无覆冰工况下的导线单位长度重量,ω1为覆冰工况下的导线单位长度重量;ΔT1为无覆冰工况和覆冰工况下自然环境引起的导线温度差;ΔT2为无覆冰工况和覆冰工况下因导线载流量变化引起的导线温度差。

具体地,所述无覆冰工况下的导线单位长度重量为:

ω0=S*γ0

式中,S为导线截面积;γ0为无覆冰工况下的导线比载;

所述覆冰工况下的导线单位长度重量为:

ω1=S*γ1

式中,S为导线截面积;γ1为无覆冰工况下的导线比载;

所述无覆冰工况和覆冰工况下自然环境引起的导线温度差为:

ΔT1=t0-t1

式中,t0为无覆冰工况下的导线温度,t1为覆冰工况下的导线温度,可以根据线路设计气象条件进行取值;

所述无覆冰工况和覆冰工况两种工况因导线载流量变化引起的温差为:

ΔT2=μ×R×ΔI2

式中,R为线路电阻,△I为无覆冰工况和覆冰工况下的电流有效值之差,△I可根据线路CT(Current Transformer,电流互感器)实时监测值计算,也可以根据线路负荷曲线规律简化计算,取定值,μ为修正系数,根据环境风速等实际情况进行修正。

作为上述方案的改进,所述根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,包括:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线比载:

γ1=γ0+0.9πb(b+D)

式中,γ0为无覆冰工况下的导线比载,b为预设的验证覆冰厚度,D为导线直径。

作为上述方案的改进,所述根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值,包括:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值:

式中,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ1为覆冰工况下的导线比载。

作为上述方案的改进,所述基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度,包括:

在所述拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果不大于预设误差时,判定所述导线等值覆冰厚度为所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值小于所述导线拉力计算值时,按照第一预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值大于所述导线拉力计算值时,按照第二预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度。

具体地,结合上述实施例,假设预设的验证覆冰厚度b=b0,τ为计算允许的预设误差;

将拉力传感器监测到的拉力监测值Fmi和导线拉力计算值F1进行比较:

在所述拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果不大于预设误差即|F1-Fmi|≤τ时,导线等值覆冰厚度为b0

在所述拉力监测值小于所述导线拉力计算值即Fmi<F1时,采用二分法,假设b=b0/2、b0/4、3b0/4........,返回步骤S13重新计算,直到|F1-Fmi|≤τ,得到输配电线路等值覆冰厚度;

在所述拉力监测值大于所述导线拉力计算值即Fmi>F1时,假设b=2b0、4b0、6b0........,返回步骤S13重新计算,直到|F1-Fmi|≤τ,得到输配电线路等值覆冰厚度。

参见图2,是本发明实施例提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量系统的结构示意图,包括:

第一计算模块21,用于根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线水平张力;

建立状态方程模块22,用于根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,其中,通过电流互感器监测得到所述导线电流有效值,或通过负荷曲线得到所述导线电流有效值;

求解模块23,用于根据预设的验证覆冰厚度计算得到覆冰工况下的导线比载,将所述覆冰工况下的导线比载和所述无覆冰工况下的导线水平张力代入所述导线状态方程,得到覆冰工况下的导线水平张力;

第二计算模块24,用于根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;

第三计算模块25,用于基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。

优选地,所述第一计算模块,包括:

计算导线拉力单元,用于根据无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算得到无覆冰工况下的导线拉力;

计算导线水平张力单元,用于根据下式计算得到无覆冰工况下的导线水平张力:

式中,F0为无覆冰工况下的导线拉力,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高时,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ0为无覆冰工况下的导线比载。

优选地,所述输电线路状态方程为:

其中,H1为覆冰工况下的导线水平张力;α为导线膨胀系数;E为导线弹性系数;ω0为无覆冰工况下的导线单位长度重量,ω1为覆冰工况下的导线单位长度重量;ΔT1为无覆冰工况和覆冰工况下自然环境引起的导线温度差;ΔT2为无覆冰工况和覆冰工况下因导线载流量变化引起的导线温度差。

优选地,所述求解模块还用于:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线比载:

γ1=γ0+0.9πb(b+D)

式中,γ0为无覆冰工况下的导线比载,b为预设的验证覆冰厚度,D为导线直径。

优选地,所述第二计算模块还用于:

根据下式计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值:

式中,l为档距;h1、h2为杆塔两侧悬挂点间的高差,当该塔悬挂点比邻塔高,h1、h2为正,反之为负;S为导线截面积;M为绝缘子串和金具的重量;γ1为覆冰工况下的导线比载。

优选地,第三计算模块还用于:

在所述拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果不大于预设误差时,判定所述导线等值覆冰厚度为所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值小于所述导线拉力计算值时,按照第一预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度;

在所述拉力监测值大于所述导线拉力计算值时,按照第二预设规则,重新获取所述预设验证覆冰厚度。

需要说明的是,本发明实施例所提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量系统,能够实现上述任一实施例所述的等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法的所有流程,系统中的各个单元、子单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法的作用以及实现的技术效果对应相同,这里不再赘述。

本发明实施例提供的一种等档距输配电线路直线塔等值覆冰厚度测量方法及系统,通过无覆冰工况下的导线历史拉力数据,计算无覆冰工况下的导线水平张力;接着根据导线参数和导线电流有效值,建立导线状态方程,对导线状态方程进行求解,得到覆冰工况下的导线水平张力;再根据所述覆冰工况下的导线水平张力和所述覆冰工况下的导线比载,计算得到覆冰工况下的导线拉力计算值;最后基于拉力传感器监测到的拉力监测值和所述导线拉力计算值的比较结果,得到导线等值覆冰厚度。本发明实施例通过考虑导线运行电流建立导线状态方程,得到等值覆冰厚度,可以极大地减小因覆冰时垂直档距变化造成的误差,从而提高等档距输配电线路覆冰在线监测的准确性。

以上所述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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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