申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2020-07-30

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN111967147B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F111/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2020.12.08#实质审查的生效;2020.11.20#公开

摘要：本发明公开一种计算架空输电线路覆冰关键模型关键参数的方法，包括：通过电网监测系统获取拉力、倾角、温度、空气液态水含量、风速和风向数据；筛选输电线路非覆冰时期拉力、倾角、温度、空气液态水含量、风速和风向数据，计算导线自重和导线、绝缘子串和金具自重之和；在风偏平面内建立导线的覆冰增长量计算模型，通过导线覆冰增长量计算模型得到导线覆冰变化量；结合导线覆冰热平衡模型和空气液态水含量模型建立覆冰增长关键参数模型，覆冰增长关键参数模型包括冻结系数模型和碰撞系数模型；求解导线覆冰表面温度；计算出各个时刻的冻结系数和碰撞系数。本发明通过理论推导和数据分析计算冻结系数和碰撞系数，可广泛的应用于输电线路覆冰预测。

主权项：1.一种计算架空输电线路覆冰增长模型关键参数的方法，其特征在于，所述关键参数包括冻结系数和碰撞系数，包括如下步骤：通过电网监测系统获取拉力、倾角、温度、空气液态水含量、风速和风向数据；筛选输电线路非覆冰时期拉力、倾角、温度、空气液态水含量、风速和风向数据，计算导线自重和导线、绝缘子串和金具自重之和Gt；在风偏平面内建立导线的覆冰增长量计算模型，通过所述导线覆冰增长量计算模型得到导线覆冰增长变化量；建立导线覆冰热平衡模型和空气液态水含量模型，结合所述覆冰热平衡模型和所述空气液态水含量模型建立覆冰增长关键参数模型，所述覆冰增长关键参数模型包括冻结系数模型和碰撞系数模型；建立覆冰表面温度计算模型，并根据所述覆冰表面温度计算模型获得导线覆冰表面温度；基于所述导线覆冰增长变化量、所述覆冰增长关键参数模型和所述导线覆冰表面温度计算出各个时刻的冻结系数和碰撞系数；所述的计算导线自重和导线、绝缘子串和金具自重之和Gt的步骤：由历史非覆冰时期的在线监测数据，根据式1和式2计算导线自重荷载G和导线、绝缘子串和金具自重之和Gt分别为： Gt＝G+Gi2由式1计算得到的导线自重G不是一个恒定值，取其平均值作为导线的自重荷载G；Fk为无冰时监测的拉力值，Gi为绝缘子串含金具自重；所述的在风偏平面内建立导线的覆冰增长量计算模型步骤为：由于架空输电线路易受到横向风的作用，导线和绝缘子串形成的整个平面以一定的角度偏离原来不受风作用时静止的垂直平面，该角度即为风偏角，此时主杆塔A和B、C两侧杆塔以及导线所形成的为风偏平面，在风偏平面内，拉力传感器安装在绝缘子串和杆塔横臂间测量导线的轴向应力，拉力传感器测量的拉力值F与其竖直分量Fv的关系为Fv＝Fcosθ'，而垂直档距的平面内导线竖直方向上的受力平衡为： 其中S'b和S'a分别为在风偏平面内主杆塔A与两侧导线最低点间的导线长度，计算公式为： σ'10和σ'20分别为垂直平面内左右两侧导线水平张力，未覆冰时导线的高差角分别为β1、β2，未覆冰时主杆塔A与侧杆塔B、C之间的档距分别为l1和l2，未覆冰时导线自重比载为γ、导线长度分别为S1和S2，θ'为风偏片面内绝缘子串与竖直方向的倾角，风偏片面内导线悬挂的高差分别为h'1、h'2，风偏片面内导线高差角分别为β'1、β'2，风偏片面内主杆塔A与侧杆塔B、C之间的档距分别为l'1和l'2，γ'为导线自重比载，风偏片面内导线最低点到主杆塔A的水平档距分别为l'b和l'a；根据导线、绝缘子串和金具自重之和、导线自重荷载、单位长度导线的覆冰质量和实时监测的拉力、倾角和风偏角数据以及不同时刻的导线覆冰质量，计算出不同时间节点单位长度导线的覆冰增长量计算模型： 其中，Gt为导线、绝缘子串和金具自重之和，n为导线分裂数目；qice为单位长度导线的覆冰质量，θ和η分别为角度传感器测量的倾角和风偏角，角度传感器安装在绝缘子串和杆塔横臂间；qice,i表示在第i个时间节点的单位长度导线的覆冰质量，△Mi表示在第i个时间节点的单位长度导线的覆冰质量变化，△ti为第i个时间节点与第i-1个时间节点间的时间长度；所述建立导线覆冰热平衡模型和空气液态水含量模型，结合所述覆冰热平衡模型和所述空气液态水含量模型建立覆冰增长关键参数模型的步骤为，所述覆冰热平衡模型表述如下：qf+qv+qa＝qc+qe+ql+qs+qr10其中，qf为碰撞导线时水滴的冻结过程中释放的潜热，qf＝α1α2α3ωvDLf；qv为空气对导线的加热，qv＝hrcv2D2ca；qa为水滴冻结成冰后释放的热能，qa＝-α1α2α3ωvDcits；qc为对流热损失，qc＝πDhts-ta；qe为蒸发或升华所产生的潜热损失，qe＝πDhχ[ets-eta]；ql为碰撞导线表面的水滴吸收的热量，ql＝-α1ωvcwDta；qs为长波辐射损失的热量，qs＝4πε1σRD273.15+ta3ts-ta；qr为过冷却水滴未冻结部分离开冰面时带走的热量，qr＝α1ωvcwD1-α3ts-ta；温度为t时的覆冰表面的水面或冰面的饱和水汽压et可以表示为： 单位为kPa；通过式10，可得： 式中，Lf为蒸发潜热系数，h为对流换热系数，rc为圆柱导体表面局部粘性加热恢复系数，ca为空气比热容，ci为冰的比热容，χ为蒸发或升华系数，cw为水的比热容，ε是冰层外表面的发射率，σR为Stefan-Boltzman常量，ts为导线表面温度，ta为环境温度；根据Makkonen覆冰增长模型，单位导线长度在单位时间内其覆冰增长变化率△Mt可以表示为：ΔMt＝α1α2α3ωvD13其中，α2为收集系数，定义为覆冰过程中碰撞到圆柱体表面并滞留在表面的水滴质量与碰撞到圆柱表面的水滴总质量之比，v为风速，D为覆冰导线直径；用雾中液态水含量来近似替代空气中的液态水含量，此时环境温度为ta，所述空气液态水含量ω可以如下经验模型表示： 其中系数k取0.067，eta在式14中的单位为hPa；结合所述覆冰热平衡模型、所述覆冰增长变化率△Mt和所述空气液态水含量ω的经验模型，得冻结系数模型为： 其中α3为冻结系数，J可以表示为： 结合式13～15，则碰撞系数模型为： 其中，α1为碰撞系数，J是为了计算方便所设，代表公式16，D为覆冰导线直径，eta为温度t＝ta时的覆冰表面的水面或冰面的饱和水汽压。

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