专利名称：一种输电导线覆冰质量的测量方法
技术领域：
本发明属于输电导线覆冰监测技术领域，更为具体地讲，涉及到一种基于输电导 线覆冰质量的测量方法。
背景技术：
在输电线路中，导线覆冰对输电线路的安全运行�：螅⒌氖鹿拾ú痪� 勻覆冰或不同期脱冰事故；过负载事故；绝缘子冰闪事故；导线有覆冰且为非均勻覆冰时， 线路易发生舞动，产生舞动事故；由于舞动的幅度大，持续时间长，容易引起相间闪络，损坏 地线、导线、金具等部件，导致线路跳闸停电、断线倒塔等严重事故。一次严重的输电线路导 线覆冰事故，会导致巨大的经济损失，并严重影响社会生活。因此，输电线路导线覆冰监测 技术，即监测输电线路上导线覆冰质量的技术，对于保证输电线路安全运行具有极其重要 的意义。输电导线一旦发生覆冰，输电导线重量增加，所受的应力增大，最直观的表现就是 输电导线弧垂增加。由此现象出发，衍生出一系列的覆冰监测技术。归纳起来，目前主要有 如下五种1、设立覆冰观测站，在特殊区域设立专人职守的观测点，人工记录气象信息及覆 冰情况。这种方法的缺点是，人为因素过大，成本高，监测不易。2、对倾角_弧垂进行实时测量，通过输电线路状态方程推算线路覆冰程度。3、在铁塔上安装视频图像采集设备，并通过无线通信手段发回图像数据，用人工 或者计算机根据视频图像分析覆冰的厚度。4、就是俗称的称重法，通过在输电线路绝缘子串位置处安装拉力传感器，测量绝 缘子串位置处的受力变化，得到覆冰质量。5、通过测量输电导线上一点或者多点的应变，然后结合输电线路状态方程，计算 输电线路上的覆冰质量变化情况。针对第5种覆冰监测技术，输电导线覆冰质量计算的依据是输电线路状态方程。 如2010年1月6日公开的、公开号为CN 101620000A、名称为“输电线路覆冰量的计算方法” 公开的覆冰质量的测量方法，包括以下步骤为(1)获取输电线路固定档距内的导线温度 和弹性应变量，根据导线温度和弹性应变量得到输电线路固定档距内的总应变量；(2)根 据总应变量获得输电线路固定档距内的导线比载，并将导线比载与输电线路固定档距内的 导线自身比载进行比较；如果导线比载大于导线自身比载，计算输电线路固定档距内的附 加荷载；根据附加荷载得到输电线路固定档距内的覆冰量。在计算过程中，这类方法还需要 监测风速和风偏角，以便于在最终结果中剔除风速的影响。这种覆冰质量的测量方法没有考虑实际测量过程中，输电导线总的弹性应变量难 以直接测量。因为输电导线先于应变测量装置安装，在安装应变测量装置之前，输电导线上 就有一个初始的应力和初始的应变。一般情况下，应变监测装置实际测量的是导线应变的 变化量，即导线因温度、覆冰、风载荷等因素共同作用下的变长或者变短。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种不以总应变量进行计算的输电 导线覆冰质量的测量方法。为实现上述发明目的，本发明的输电导线覆冰质量的测量方法，其特征在于，包括 以下步骤(1)、应变传感器测量输电导线获得导线应变增量，然后进行滤波，得到其中的导 线应变稳态分量ξ ；(2)、温度传感器测量输电导线获得导线温度t，然后，计算输电导线因温度改变而 产生的应变增量Δ ξ t = aU-tJ，其中，α为温度膨胀系数，、为初始的输电线路温度；根 据步骤(1)得到的导线应变稳态分量ξ，计算得到输电导线因覆冰和风载荷而产生的应变 量 Δ ξ = ξ-Δ ξ,；(3)、风速风向传感器测量输电导线所处环境下的风速ν和风向与输电导线无风 情况下所在平面的夹角θ，然后根据输电线路设计技术规范中荷载计算手册，得到当地基 准风压标准值Wtl、风压不均勻系数％、导线体形系数μ s。、风压高度变化系数μ z、风向与导 线轴向的夹角θ引起的风压随风向的变化系数μ θ ；(4)、计算输电导线覆冰厚度a、初始赋值令输电导线综合比载Y1= Ytl，覆冰的比载为Y2 = O,水平面内风的比载为Y3 =0，风偏平面内的输电导线最低点的应力O1= Qci，风偏角η =0，输电导线覆冰厚度b =0;其中，Y C1为输电导线的自重比载，c^为输电导线安装应变传感器时刻的最低点的水 平应力；b、根据线长公式、平均应力方程，计算出未覆冰状态下的输电导线线长L1和平均
应力σ avl
Iγ 2I3 其中，1为档距，β为高差角，h为高差；C、迭代计算覆冰厚度为b且无风情况下的输电导线最低点的水平应力σ Μ输电导 线覆冰之后的比载为Y4= Y。+Y2,其中，Y2 = 0.027728b(D+b)/A，D为输电导线外径，A 为输电导线横截面积；初次迭代设覆冰之后输电导线最低点的水平应力为Obtl= Otl ；Cl、将覆冰之后输电导线最低点的水平应力，代入线长公式，求出覆冰后输电 导线的线长L2: c2、将覆冰后输电导线的线长L2代入导线的平均应力方程，求出输电导线平均应
力 0 av2 c3、将未覆冰状态下的线长L1和平均应力σ avl、覆冰后输电导线平均应力σ av2代 入架空线的基本状态方程，可求得新的线长L' 2 其中，E为输电导线的弹性系数，、为输电导线安装应变传感器时刻的温度；c4、比较步骤c3新求得的线长L' 2和步骤c2求得的覆冰后输电导线的线长L2, 如果两者之差大于设定差值ε工，则则将步骤c3新求得的线长L' 2代入线长公式，得到输电导线最低点的水平应力 将输电导线最低点的水平应力σ b(1代入步骤Cl，重复步骤C1-C3，直到步骤c3新 求得的线长L' 2和步骤c2求得的覆冰后输电导线的线长L2两者之差小于等于设定差值 S1，并输出覆冰之后输电导线最低点的水平应力Qbtl;d、在风偏平面内，依次计算风荷载Y3，综合比载Y1，输电导线风偏角η，档距 Γ、高差h'、高差角β'、最低点的水平应力C1，线长L3，得到应变传感器所在位置Xtl 的应力σ ‘ χ0 cos β = cos β χ φ + (tan β χ sin η)2 其中，Χ(1是应变传感器相对铁塔的水平坐标；e、利用应用以下方程，求出输电导线的应变增量Δ ξ i cos β 8(T0 cos β2cos β Sa0 cos β 2然后将求出的输电导线应变增量△ ξ ！与应变传感器所测得的输电导线应变增量 Δ ξ进行比较，如果两者之差小于设定值ε 2，则计算过程结束，输出覆冰厚度b;反之，则 按下述方法进行更新覆冰厚度b 如果Δ I1大于Δ ξ则b减小hb，若Δ I1小于Δ ξ，则 b增加k2b，其中，kp k2是步长系数，然后返回步骤c ；(5)、根据获得输电线路覆冰厚度b，并考虑输电导线分裂数目的影响，计算出整条 输电导线上的覆冰质量。本发明的发明目的是这样实现的本发明通过测量得到输电导线的导线应变增量、导线温度t以及风速风向传感器 测量输电导线所处环境下的风速ν和风向θ，然后通过两重迭代，计算出输电导线覆冰厚 度b，然后依据获得输电线路覆冰厚度b，并考虑输电导线分裂数目的影响，计算出整条输 电导线上的覆冰质量。这种方法更加符合现场的实际情况，即应变传感器所测量的数据实 际上为导线的应变变化量，而不是总的应变量。同时，这种方法所监测的数据为导线的应变 变化，能够更直观地反映输电线路的安全状态。
图1是本发明输电导线覆冰质量的测量方法所应用的输电线路示意图；图2是本发明输电导线覆冰质量的测量方法的一种具体实施方式
下的流程具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图1是本发明输电导线覆冰质量的测量方法所应用的输电线路示意图如图1所示，无风情况下，应变传感器、温度传感器位于输电导线的C处，其相对低 点铁塔的水平坐标为Xo。风速风向传感器位于低点铁塔，测量输电导线所处环境下的风速ν和风向与输电 导线无风情况下所在平面的夹角θ。在风的吹动下，输电导线所在平面从垂直于地面变成与无风情况下所在平面成一 定夹角，即风偏角n。应变传感器测量输电导线获得导线应变增量，然后进行滤波，得到其中的导线应 变稳态分量ξ ；温度传感器测量输电导线获得导线温度t，然后，计算输电导线因温度改变 而产生的应变增量Δ ξ t = aU-tJ，其中，α为温度膨胀系数，t0为初始的输电线路温度； 根据步骤(1)得到的导线应变稳态分量ξ，计算输电导线因覆冰和风载荷而产生的应变量 Δ ξ = ξ-Δ ξ,；另外，1为档距，β为高差角，h为高差，是输电线路的几何参数。在图1中，以低 点铁塔作为原点，建立X、Y、Z三维坐标，以便理解各个参数的含义。覆冰之后输电导线最低点为输电导线A点
实施例1图2是本发明输电导线覆冰质量的测量方法的一种具体实施方式
下的流程图在本实施例中，如图2所示，在本实施例中，步骤(3)中所述的输电线路设计技术 规范为国家电力公司华东电力设计院主编，《110-500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/ T 5092-1999)、中国建筑科学研究院，《建筑结构荷载规范》(GBJ9-1987)，1987。当然，在具 体实施过程中，还可以选择其他的荷载计算手册，在本实施例中，初始的输电线路温度、，为制造导线时的温度。在本实施例中，步骤c3所述的设定差值S1SO. 001m。在本实施例中，步骤e所述的设定差值82为0. OOOOOOLk1 = 0. 005，k2 = 0.01。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领的技术人 员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术 人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变 化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
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权利要求
一种输电导线覆冰质量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、应变传感器测量输电导线获得导线应变增量，然后进行滤波，得到其中的导线应变稳态分量ξ；(2)、温度传感器测量输电导线获得导线温度t，然后，计算输电导线因温度改变而产生的应变增量Δξt＝a(t t0)，其中，α为温度膨胀系数，t0为初始的输电线路温度；根据步骤(1)得到的导线应变稳态分量ξ，计算得到输电导线因覆冰和风载荷而产生的应变量Δξ＝ξ Δξt；(3)、风速风向传感器测量输电导线所处环境下的风速v和风向与输电导线无风情况下所在平面的夹角θ，然后根据输电线路设计技术规范中荷载计算手册，得到当地基准风压标准值W0、风压不均匀系数a1、导线体形系数μsc、风压高度变化系数μz、风向与导线轴向的夹角θ引起的风压随风向的变化系数μθ；(4)、计算输电导线覆冰厚度a、初始赋值令输电导线综合比载γ1＝γ0，覆冰的比载为γ2＝0，水平面内风的比载为γ3＝0，风偏平面内的输电导线最低点的应力σ1＝σ0，风偏角η＝0，输电导线覆冰厚度b＝0；其中，γ0为输电导线的自重比载，σ0为输电导线安装应变传感器时刻的最低点的水平应力；b、根据线长公式、平均应力方程，计算出未覆冰状态下的输电导线线长L1和平均应力σav1 <mrow><msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>l</mi> <mrow><mi>cos</mi><mi>β</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msup> <msub><mi>γ</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></msup><msup> <mi>l</mi> <mn>3</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>24</mn><msup> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mi>cos</mi><mi>β</mi><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>σ</mi> <mrow><mi>av</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> 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<mo>′</mo></msup><mo>]</mo> </mrow>其中，x0是应变传感器相对铁塔的水平坐标；e、利用应用以下方程，求出输电导线的应变增量Δξ1 <mrow><mi>EΔ</mi><msub> <mi>ξ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <msup><msub> <mi>σ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>′</mo> </msup> <mrow><mi>cos</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msub> <mi>γ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>[</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>γ</mi> <mn>1</mn></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><msup> <mi>l</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><mn>8</mn><msup> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>′</mo></msup><mi>cos</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mfrac> <mrow><mo>(</mo><msup> <mi>l</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>x</mi> <mn>0</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mi>tan</mi><msup> <mi>β</mi> <mo>′</mo></msup><mo>]</mo><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>σ</mi><mn>0</mn> </msub> <mrow><mi>cos</mi><mi>β</mi> 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2.根据权利要求1所述的输电导线覆冰质量的测量方法，其特征在于，步骤c3所述的 设定差值E1SO. 001m。
3.根据权利要求1所述的输电导线覆冰质量的测量方法，其特征在于，步骤e所述的设 定差值 ε 2 为 0. 0000001，Ii1 = 0. 005，k2 = 0. 01。
全文摘要
本发明公开了输电导线覆冰质量的测量方法，通过测量得到输电导线的导线应变增量、导线温度t以及风速风向传感器测量输电导线所处环境下的风速v和风向θ，然后通过两重迭代，计算出输电导线覆冰厚度b，然后依据获得输电线路覆冰厚度b，并考虑输电导线分裂数目的影响，计算出整条输电导线上的覆冰质量。这种方法更加符合现场的实际情况，即应变传感器所测量的数据实际上为导线的应变变化量，而不是总的应变量。同时，这种方法所监测的数据为导线的应变变化，能够更直观地反映输电线路的安全状态。
文档编号G01G17/00GK101929886SQ201010220089
公开日2010年12月29日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者刘群英, 张昌华, 曹永兴, 薛志航, 黄琦 申请人:电子科技大学
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