CN104573192A - 一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法。该方法包括如下步骤：（1）提取在线监测导/地线历史拉力数据，获取无冰时期的导/地线历史拉力；（2）根据无冰时期的导/地线历史拉力数据，获取导/地线历史荷载数据，得到最大荷载；（3）根据最大荷载以及电网公司提供的杆塔基础信息，得到最大等效导/地线长度；（4）提取在线监测导/地线实时拉力数据，计算出导/地线等值覆冰厚度；（5）根据实时气象数据，选择等值覆冰厚度来判断架空线路的覆冰量。本发明具有计算简单、准确性和可靠性高的优点。

Description

一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法

技术领域

本发明涉及电力领域的输电线路在线监测领域，特别涉及一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法。

背景技术

随着社会经济越来越发展，电力的稳定、安全和可靠供应成为日益重要的问题。而覆冰虽为一种常见的自然现象，但冰灾严重威胁着电网的安全运行。在电力设备方面，冰灾可造成绝缘子冰闪，金具损坏，杆塔倒塌，导线断裂，直接导致线路地区的停电；在社会生产方面，冰灾的恶劣天气可造成交通受阻、通信中断，电力抢修极为困难，而大面积的电网瘫痪造成工农业生产停产，各种服务业停滞，直接导致惨重的经济损失，人民生活无法正常进行。为了保证电网的安全运行，需要对输电线路的覆冰情况进行监测并判断是否采取相应措施以避免断线、倒搭等事故的发生。

目前输电线路覆冰在线监测几乎全部采用称重法。所谓称重法是将拉力传感器替代绝缘子的球头挂环，利用角度和拉力传感器分别测量悬垂绝缘子串的倾角、风偏角和综合荷载，利用微气象传感器群(含温度，相对湿度，风速，风向，雨量等传感器)测量风速等，再代入等效覆冰厚度计算模型即可计算实时导线等效覆冰量。根据已有的专利“一种架空线路等值覆冰厚度的在线监测方法”，目前已结合工程应用实际，提出了应用于南方电网架空线路覆冰在线监测系统的直线塔覆冰等效厚度计算模型。但是，目前基于称重法的耐张塔导线覆冰厚度计算仍研究较少，应用于覆冰监测系统的更少，导致无法对耐张塔导线覆冰厚度进行计算，电网公司仍无法准确而有效掌握耐张塔线路覆冰状况，进而与设计规范比较进行预警。现有输电线路的耐张塔覆冰厚度计算不足主要表现在：1、理论计算模型涉及的参数及公式过多，且需要收集大量的覆冰数据作为基础数据，在一定程度上限制了该模型的工程应用；2、有些模型考虑了风荷载，但该值无法准确计算，且覆冰时往往风速传感器冻结，所得数据无效；3、有些模型理论模型计算的冰厚与现场测量的冰厚差别大，导致模型计算结果不准确，且大多数模型并没有应用到实际覆冰在线监测系统的经验，其计算准确 性有待验证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种计算简单、准确性和可靠性高的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，包括以下步骤：

(1)提取耐张塔在线监测导/地线历史拉力数据和历史气象数据，根据历史气象数据剔除处于覆冰时期的耐张塔导/地线历史拉力，获取无冰时期的耐张塔导/地线历史拉力数据；

(2)根据无冰时期的耐张塔导/地线历史拉力数据，得到导/地线历史荷载数据；并且对得到的耐张塔导/地线历史荷载数据进行频数分析，获取最大荷载；

(3)根据步骤(2)中得到的最大荷载以及电网公司提供的杆塔基础参数，计算出最大等效导/地线长度；

(4)提取耐张塔在线监测导/地线实时拉力数据，得到耐张塔导/地线实时荷载数据，将最大荷载、最大等效导/地线长度以及导/地线实时荷载数据代入到耐张塔等效覆冰厚度模型中，计算出耐张塔导/地线等值覆冰厚度；

(5)根据在线监测的实时气象数据，选择计算的等值覆冰厚度来判断架空线路的覆冰量。

优选的，所述步骤(2)中导/地线历史荷载G₀为：

G₀＝F；

其中F为导/地线历史拉力值。

更进一步的，当绝缘子串型为I串，则耐张塔在线监测导/地线历史拉力值即为导/地线历史拉力值F；

当绝缘子串型为双I串，且其中一串安装有拉力传感器，则耐张塔在线监测导/地线历史拉力值乘以2为导/地线历史拉力值F；

当绝缘子串型为双I串，且每串均安装有拉力传感器，则耐张塔在线监测导/地线历史拉力值即为导/地线历史拉力值F。

优选的，所述步骤(3)中最大等效导/地线长度l_m为：

l_m＝G_m/(q₀n)；

其中G_m为步骤(2)中所获取的最大荷载；q₀为导/地线单位长度自重，n为 导/地线分裂数。

优选的，所述步骤(4)中导/地线实时荷载数据G为：

G＝F'；

其中F′为导/地线实时拉力。

更进一步的，所述步骤(4)中耐张塔等值覆冰厚度h_m计算如下： 

①当G≤G_m时，h_m＝0；

②当G≥G_m时，实际导线长度S为：

$S=400+\frac{{q_0}^2\×{400}^3}{24\×{(l_m\×q_0)}^2};$

单位长度导线覆冰荷载w为：

$w=\frac{G}{n}\×\frac{\sqrt{24\×(S-400)}}{400\×20};$

添加以下修正系数w₁为：

$w_1=\frac{w}{2}\×(\frac{l_m\×q_0\×n}{F^{\′}}+\frac{w}{q_0});$

等值覆冰厚度h_m为：

$h_m=\sqrt{\frac{(w_1-q_0)}{\mathrm{\ρ}\×\mathrm{\π}}+\frac{D^2}{4}}-\frac{D}{2}$

其中G_m为步骤(2)中所获取的最大荷载；D为导/地线的直径，l_m为步骤(3)中获取的最大等效导/地线长度，ρ为标准覆冰密度，n为导/地线分裂数。 

更进一步的，当绝缘子串型为I串，则在线监测导/地线实时拉力值即为导/地线实时拉力值F′；

当绝缘子串型为双I串，且其中一串安装有拉力传感器，则在线监测导/地线实时拉力值乘以2为导/地线实时拉力值F′；

当绝缘子串型为双I串，且每串均安装有拉力传感器，则在线监测导/地线实时拉力值即为导/地线实时拉力值F′。

优选的，所述步骤(1)中气象数据包括温度和相对湿度数据，所述步骤(1)中将环境温度小于1摄氏度且相对湿度大于80％的时期判断为覆冰时期。

优选的，所述步骤(2)中最大荷载获取的方法为：对获取的导/地线历史荷载数据的频数进行正态分布模拟，将正态分布模拟获取到的最大值作为最大荷载，其中所述正态分布模拟中的最大值为概率在95％至99.9％的其中一个值。

优选的，所述步骤(3)杆塔基础信息包括导/地线单位长度自重、导/地线分裂数、导/地线直径以及绝缘子串型。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明方法通过分析耐张塔历史监测数据，利用无冰时期的导/地线历史荷载数据频数分析出最大荷载，然后根据最大荷载得出最大等效导/地线长度，最后将最大荷载、最大等效导/地线长度以及导/地线实时荷载等代入到等效覆冰厚度模型中计算出等值覆冰厚度，根据当前气象数据来选择等值覆冰厚度来估计架空线路中的覆冰量，本发明从力学原理出发，考虑了导/地线历史长度的变化数据，具有准确性和可靠性高的优点，因此能够为监测系统的处置决策提供了有效的依据；并且还具有计算简单以及推广性强的优点。

(2)本发明方法在等值覆冰厚度计算过程中，所需杆塔信息量少，电网公司只需要提供导线/地线单位长度自重、绝缘子串型、导/地线分裂数以及导/地线直径这个几个杆塔基础信息即可，由于这些信息容易从手册上和图纸上查找，避免使用基层单位难以准确查找到的档距、设计导线长度等信息，所需杆塔信息易查找和易提供。

附图说明

图1是实施方式中架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，如图1所示，该方法具体步骤如下：

(1)提取需要监测电网2011年在线监测导/地线历史拉力数据以及历史温度和相对湿度数据气象数据，将环境温度小于1摄氏度且相对湿度大于80％的时期判断为覆冰时期，并且剔除处于覆冰时期的导/地线历史拉力数据，获取无冰时期的导/地线历史拉力数据；

(2)根据无冰时期的导/地线历史拉力，获取导/地线历史荷载数据；并且对获取的导/地线历史荷载数据进行频数分析，以获取最大荷载G_m；

本实施例中导/地线历史荷载G₀为：

G₀＝F；

其中F为导/地线历史拉力值。在本实施例由于绝缘子串型为双I串，且每串 均安装拉力传感器，因此导/地线历史拉力值F等于步骤(1)中得到的在线监测导/地线历史拉力值。

本实施例中通过以下方式获取最大荷载：将上述得到的历史荷载数据G₀进行频数分析，并根据频数进行正态分布模拟，通过该正态分布模拟得到最大值分别作为最大荷载G_m；

(3)根据步骤(2)中获取的最大荷载以及电网公司提供的杆塔基础信息，计算出最大等效导/地线长度l_m；

其中本实施例最大等效导/地线长度l_m为：

l_m＝G_m/(q₀n)；

其中q₀为导/地线单位长度自重，n为导/地线分裂数； 

(4)提取该电网2012年12月11日至12月21日的在线监测导/地线实时拉力数据，根据这些数据计算导/地线实时荷载数据G，将最大荷载G_m、最大等效导/地线长度l_m以及导/地线实时综合荷载数据G代入到等效覆冰厚度模型中，计算出导/地线等值覆冰厚度h_m；

其中本实施例中导/地线实时荷载数据G为：

G＝F'；

其中F′为导/地线实时拉力值。在本实施例由于绝缘子串型为双I串，且每串均安装拉力传感器，因此导/地线实时拉力值F等于在线监测导/地线实时拉力值。

本实施例中保守等值覆冰厚度h_m计算如下： 

①当G≤G_m时，h_m＝0；

②当G≥G_m时，实际导线长度S为：

$S=400+\frac{{q_0}^2\×{400}^3}{24\×{(l_m\×q_0)}^2};$

单位长度导线覆冰荷载w为：

$w=\frac{G}{n}\×\frac{\sqrt{24\×(S-400)}}{400\×20};$

添加以下修正系数w₁为：

$w_1=\frac{w}{2}\×(\frac{l_m\×q_0\×n}{F^{\′}}+\frac{w}{q_0});$

等值覆冰厚度h_m为：

$h_m=\sqrt{\frac{(w_1-q_0)}{\mathrm{\ρ}\×\mathrm{\π}}+\frac{D^2}{4}}-\frac{D}{2}$

其中G_m为步骤(2)中所获取的最大荷载；D为导/地线的直径，l_m为步骤(3)中获取的最大等效导/地线长度，n为导/地线分裂数，ρ为标准覆冰密度，本实施例中ρ＝900kg/m³。

(5)根据在线监测的实时气象数据，选择等值覆冰厚度h_m来判断架空线路的覆冰量，从而决定是否要采取相应除冰措施。

本实施例的步骤(2)也可以通过人为观察频数图从而粗略估计出最大值作为最大荷载G_m。

本实施例中，当采用的绝缘子串型为其他串型时，例如：

当绝缘子串型为I串，则在线监测导/地线历史拉力值即为导/地线历史拉力值F；在线监测导/地线实时拉力值即为导/地线实时拉力值F′；

当绝缘子串型为双I串，且其中一串安装有拉力传感器，则在线监测导/地线历史拉力值乘以2为导/地线历史拉力值F，在线监测导/地线实时拉力值乘以2为导/地线实时拉力值F′。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提取在线监测导/地线历史拉力数据和历史气象数据，根据历史气象数据剔除处于覆冰时期的导/地线历史拉力，获取无冰时期的导/地线历史拉力数据；

(2)根据无冰时期的导/地线历史拉力数据，获取导/地线历史荷载数据；并且对获取的导/地线历史荷载数据进行频数分析，获取最大荷载；

(3)根据步骤(2)中获取的最大荷载以及电网公司提供的杆塔基础信息，计算出最大等效导/地线长度；

(4)提取在线监测导/地线实时拉力数据，根据这些数据计算导/地线实时荷载数据，将最大荷载、最大等效导/地线长度以及导/地线实时荷载数据代入到等效覆冰厚度模型中，计算出导/地线等值覆冰厚度；

(5)根据在线监测的实时气象数据，选择等值覆冰厚度来判断架空线路的覆冰量。

2.根据权利要求1所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，步骤(2)中所述导/地线历史荷载G₀为：

G₀＝F；

其中F为导/地线历史拉力值。

3.根据权利要求2所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，当绝缘子串型为I串，则在线监测导/地线历史拉力值即为导/地线历史拉力值F；

当绝缘子串型为双I串，且其中一串安装有拉力传感器，则在线监测导/地线历史拉力值乘以2为导/地线历史拉力值F；

当绝缘子串型为双I串，且每串均安装有拉力传感器，则在线监测导/地线历史拉力值即为导/地线历史拉力值F。

4.根据权利要求1所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，步骤(3)中最大荷载l_m为：

l_m＝G_m/(q₀n)；

其中G_m为步骤(2)中所获取的最大平均荷载；q₀为导/地线单位长度自重， n为导/地线分裂数。

5.根据权利要求1所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，步骤(4)中导/地线实时荷载数据G为：

G＝F'；

其中F′为导/地线实时拉力。

6.根据权利要求5所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，步骤(4)中导/地线等值覆冰厚度h_m计算如下：

①当G≤G_m时，h_m＝0；

②当G≥G_m时，实际导线长度S为：

单位长度导线覆冰荷载w为：

添加以下修正系数w₁为：

等值覆冰厚度h_m为：

其中G_m为步骤(2)中所获取的最大荷载；D为导/地线的直径，l_m为步骤(3)中获取的最大等效导/地线长度，n为导/地线分裂数，ρ为标准覆冰密度。

7.根据权利要求5所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，当绝缘子串型为I串，在线监测导/地线实时拉力值即为导/地线实时拉力值F′；

当绝缘子串型为双I串，且其中一串安装有拉力传感器，则在线监测导/地线实时拉力值乘以2为导/地线实时拉力值F′；

当绝缘子串型为双I串，且每串均安装有拉力传感器，则在线监测导/地线实时拉力值即为导/地线实时拉力值F′。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，步骤(1)中气象数据包括温度和相对湿度数据，步骤(1)中将环境温度小于1摄氏度且相对湿度大于80％的时期判断为覆冰时期。

9.根据权利要求1至7任一项所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监 测方法，其特征在于，步骤(2)中最大荷载获取的方法为：对获取的导/地线历史荷载数据的频数进行正态分布模拟，将正态分布模拟获取到的最大值分别作为最大荷载，其中所述正态分布模拟中的最大值为概率在95％至99.9％的其中一个值。

10.根据权利要求1至7任一项所述的架空线路耐张塔等值覆冰厚度的在线监测方法，其特征在于，所述步骤(3)杆塔基础信息包括导/地线单位长度自重、导/地线分裂数、导/地线直径以及绝缘子串型。