微地形区OPGW地线不均匀覆冰计算模型改进方法

目前对均匀覆冰下架空线等值覆冰厚度计算模型的研究较多,但缺少对大截面、大单位长度重量的地线复合光缆（optical pilot groundwire,OPGW）地线覆冰的研究,特别是在微地形下等值冰厚计算模型的适用性。选取大档距大高差工况,通过有限元软件建立3种典型地形（山坡、山顶、垭口）下的3塔两档OPGW地线模型,结合考虑绝缘子串偏斜角的等值冰厚模型,对传统输电线路等值覆冰厚度模型进行误差分析,结果发现等值冰厚较小时大档薄覆冰情况下的传统冰厚计算误差较大。但随着平均等值冰厚增大,冰厚计算误差显著减小。利用以上分析结果和平均等值冰厚与绝缘子串轴向拉力与倾角的函数关系,提出一种冰厚误差优化计算方法,改进后的冰厚相对误差能控制在10%以内。     

特殊地形下输电线路等值覆冰厚度计算模型有效性分析和改进研究

覆冰是影响电网安全运行的最主要威胁之一。输电线路覆冰在线监测是防治电网覆冰灾害的有效手段,其中称重法获得广泛应用。我国地形复杂多变,特殊地形对输电线路受力有较大影响。为了分析输电线路覆冰在线监测中直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在常见输电线路纵断面模型下的有效性,文章采用有限元法建立输电线路力学仿真模型,研究输电线路过谷模型、翻山模型以及连续上(下)山模型下输电线路等值覆冰厚度计算结果的准确性,提出考虑等效长度变化的直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型。结果表明,在均匀覆冰下,对于输电线路过谷模型,当杆塔高差系数绝对值不超过0.2时,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差在16%以内;然而当杆塔高差系数较大时,如杆塔高差系数为–0.3,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差大于40%。将等值覆冰厚度计算模型改进后,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差变小,且覆冰厚度越大,相对误差越小。对于输电线路翻山模型和连续上(下)山模型,等值覆冰厚度计算厚度结果相对误差不超过5%。     

微地形条件下220 kV朝峰线覆冰断线机理分析

为了深入研究微地形对覆冰线路不平衡张力及覆冰断线冲击的扩大效应,针对处于微地形区朝峰线输电线路覆冰断线事故,建立事故区4塔3档塔线体系有限元模型,定量计算不同工况下塔线体系临界覆冰厚度及断线冲击响应情况,提取不同覆冰工况及不同地形下数据对比分析。结果表明,该微地形下形成的重度覆冰和大高差档距扩大了塔线体系不平衡张力,覆冰断线造成的冲击动力响应远大于非微地形区覆冰断线情况,微地形区形成的重度覆冰及大档距高差扩大了断线冲击效应。     

基于激光点云的高压输电线覆冰厚度反演

高压输电线覆冰是电网安全运行管理维护部门关注的重点致灾因子之一,其中覆冰厚度是输电线路风险评估、除冰策略等研究的关键指标。针对现有覆冰厚度提取精度不高、效率低等不足,提出了一种基于激光点云的高压输电线覆冰厚度反演方法,即模型-应力-冰厚法。首先从两期激光点云中精细提取输电线三维空间模型,结合导线参数提取空载输电线水平应力。然后根据状态方程,计算覆冰输电线水平应力。最后综合覆冰输电线三维空间模型和水平应力,计算其综合比载,最终实现覆冰平均厚度快速反演。实验结果表明:该方法能快速实现输电线覆冰厚度反演,覆冰厚度反演误差最大值为0.30 mm,相对误差为6.58%。该研究对高压输电线路覆冰风险监测与评估具有重要的应用价值。     

分裂导线覆冰扭转特性分析及等值覆冰厚度计算

覆冰在线监测对输电线路防、融冰方案的制定具有重要作用,而分裂导线和单导线覆冰特性的差异使得两者覆冰厚度计算方法不同。由于导线扭转特性的不同,同一档距内分裂导线和单导线覆冰形态存在明显差异。比较偏心覆冰单导线和分裂导线档距中部的扭转角度可知,相同覆冰厚度时后者是前者的10.2%。为实现分裂导线等值覆冰厚度的实时监测,提出将分裂子导线的覆冰等效为单根导线的覆冰。根据力矩平衡关系,建立以悬挂绝缘子轴向拉力、倾角为输入参量的力学计算模型,并在雪峰山试验基地开展了耐张塔3分裂导线覆冰测量。结果表明:利用计算模型得到的综合荷载等值覆冰厚度和基于称重法得到的人工测量结果吻合较好,两者相对误差为7.8%,从而验证了模型的有效性。     

500kV输电塔线覆冰有限元计算

输电塔线体系中铁塔的纵向不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一。为有效计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力,应用梁单元和索单元建立了输电铁塔和导线整体单元模型。对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算后得到了铁塔的不平衡张力,分析了铁塔的最大压应力随覆冰厚度的变化,指出了档距差和高差角过大是产生不平衡张力的主要原因,而不平衡张力致使铁塔失稳。复沙Ⅰ线500 kV输电线路的实例计算表明该方法非常有效。     

基于电容传感器的架空输电线覆冰厚度检测方法

提出了一种新的架空输电线覆冰厚度检测方法,并设计了覆冰检测电容传感器。基于电容传感器给出一种输电线路覆冰厚度监测系统的设计方案。利用电容效应计算出传感器电容值与架空线覆冰厚度的关系曲线。实际应用时,通过比较传感器测量到的电容值与预设关系曲线得出架空输电线覆冰厚度。测试结果验证了电容式架空输电线覆冰厚度检测方法的有效性。     

基于弧垂的导地线等值覆冰厚度计算研究

为了在线路覆冰时期获得导地线的覆冰厚度,本文根据导地线的力学基本方程,研究了基于弧垂的导地线覆冰厚度的计算方法,得到了单一档、连续档条件下准确的计算导地线等值覆冰厚度的方法,并编制了计算机软件。验证计算表明,该方法能够准确获得导地线的等值覆冰厚度。     

直线杆塔两侧导线覆冰厚度的改进称重法

当直线杆塔前后两个档距相差过大时,会极大的影响称重法测量输电线路覆冰厚度的准确性。在传统称重法计算输电线路导线覆冰厚度模型的基础上,采用覆冰前后导线长度的变化,加以主杆塔两侧倾斜角度的测量,建立新的数学模型,可分别求解直线杆塔两侧导线的覆冰质量,以此进一步计算出导线的覆冰厚度,可避免因直线杆前后档距过大使计算误差过大的影响。通过搭建模拟实验,验证了该改进称重法的准确性相对较高。     

考虑悬垂串偏斜单一档等值覆冰厚度计算研究

在微气象条件下,耐张段内某一档发生严重覆冰会引起悬垂串偏斜并导致实际档距发生变化。根据覆冰后观测弧垂计算导线等值覆冰厚度时,如不考虑档距变化则会引起一定的计算误差。根据导线力学方程,研究单一档在考虑悬垂串偏斜时导线等值覆冰厚度的计算方法。利用悬垂串偏斜时的几何关系,设计出一种档距变化量的测量方法,并利用C#语言编写等值覆冰厚度计算程序。仿真结果表明,该方法计算出的导线等值覆冰厚度精度较高。在实际工作中,通过观测弧垂计算等值覆冰时应该考虑悬垂串偏斜影响。     

基于力学分析和弧垂测量的导线覆冰厚度测量方法

输电导线等值覆冰厚度的准确测量,对于冰灾防御工作具有重要意义,但是目前还缺少一种能在远距离方便准确地测量输电导线等值覆冰厚度的方法。为此,从导线的基本方程出发推导了导线温度、弧垂与导线等值覆冰厚度的关系式,提出了通过确定导线工作温度和测量弧垂来计算导线等值覆冰厚度的方法,并推导分析了覆冰导线工作温度确定和导线弧垂测量的方法。通过分析导线温度对等值覆冰厚度测量准确度的影响,发现温度变化对于准确测量影响较小乃至基本可以忽略,故取覆冰导线温度区间的中间值-3°C为导线的近似工作温度;而对于导线弧垂的测量,借助于激光测高测距望远镜进行了测量,并推导出了实际测量值与导线弧垂的计算式。该等值覆冰厚度测量方法原理简单,操作方便,适用于人工巡查线路时,辅助人工在远距离方便准确地实现等值覆冰厚度的测量。     

雪峰山试验站自然条件下导线覆冰厚度形状校正系数

覆冰厚度的检测是输电线路运行部门防冰融冰工作中极为关注的问题之一,为此,总结了国内外覆冰厚度测量方法及其存在的问题。根据雪峰山自然覆冰试验站大量现场试验观测结果分析了自然条件下导线覆冰的几种典型形状特征,并基于面积等效原则,将导线实际非均匀、不规则覆冰校正为均匀覆冰,据此提出了现场人工测量时覆冰厚度的形状校正系数,为输电线路覆冰现场测量提供了一种有效且简便的测量手段。最后,利用雪峰山自然覆冰试验站对覆冰期不同覆冰阶段导线覆冰形状进行观测,对提出的形状校正系数进行试验验证,结果表明校正后导线覆冰厚度与实际覆冰厚度偏差9%,可满足工程实际需要。研究结果可为输电线路覆冰厚度现场测量、在线监测和冰厚计算提供一定的参考。     

单档不均匀覆冰下架空线路不平衡张力及形变特性研究

基于简支梁理论与“等线长法”,研究了单档不均匀覆冰下导线不平衡张力及相对形变随档距、覆冰长度、覆冰厚度、档数、高差、串长及电压等级的变化规律。结果表明,导线的最大相对形变值并非出现在整档覆冰情况,而是随档内覆冰长度的增加,存在极大值,当覆冰厚度较大时更为明显。对比不同档距、冰厚下各电压等级线路脱冰跳跃过程中导地线静态、动态接近距离和地线单档非均匀覆冰下导地线静态接近距离,单档非均匀覆冰间隙将先达到闪络条件,在220 kV及以下线路中尤为明显,因此,该文研究能弥补现行规程规范的不足,指导单档不均匀覆冰下杆塔塔头和荷载的设计,以保障电力系统的安全运行。     

基于全站仪二次开发的覆冰厚度测量与实现

输电线路等值覆冰厚度对于冰灾防御具有重要意义,但是目前没有一种可靠、准确的现场测量导线等值覆冰厚度的方法,为了在线路覆冰时期获得导线的覆冰厚度,给巡视人员提供决策依据,提出了一种基于全站仪二次开发的覆冰厚度测量方法。导线弧垂与其荷载之间有相应的力学关系,而利用全站仪可快速测量导线弧垂值,即可计算导线等值覆冰厚度。选择搭载Windows CE操作系统的智能全站仪,用户可以将弧垂测量和覆冰厚度计算功能开发为一专用机载程序,从而利用全站仪直接测量导线的覆冰厚度,最后通过测量实例验证了该方法的可行性。     

重覆冰区特高压悬垂型杆塔不平衡张力分析

分别采用有限元分析方法与等线长法计算了典型耐张段的不平衡张力和悬垂串偏移量,这2种方法的计算结果基本一致。通过建立连续7档导线-绝缘子有限元模型,考虑多种线路设计参数的影响,分析了不同工况下重覆冰区特高压悬垂型杆塔的导线张力及不平衡张力。结果表明,覆冰加载模式、覆冰偏心和覆冰风速对不平衡张力影响不大,建议采用换算密度法模拟覆冰荷载并考虑10 m/s覆冰风速。不考虑档距差和高差时,随冰厚、档距和覆冰率的增加,导线不平衡张力百分数逐渐增加,计算得到的不同冰厚下特高压悬垂型杆塔不平衡张力百分数均小于规程规定值。随高差和档距差的增加,有高差和档距差的不平衡张力与无高差、无档距差的不平衡张力比值增大;随冰厚的增加,不平衡张力比值减小。30 mm及以下重覆冰区,不平衡张力百分数按照现行重覆冰区规程规定取值。40、50 mm重覆冰区,应将不平衡张力百分数分别提高至35%和41%。     

考虑融冰因素的输电线路覆冰故障概率计算

根据导线覆冰表面热平衡方程分析内外部融冰因素对导线冰载荷的影响,计及地形对冰载荷的影响以及覆冰引起导线等效半径增大对风载荷的影响,通过气象实测的降雨量、风速、风向、温度等信息以及电网运行信息、当前监测覆冰厚度等信息建立输电线覆冰厚度增长预测模型。从输电线路覆冰过载机理出发,构建覆冰故障概率计算框架,从力学角度分析覆冰厚度及风速对输电线路的共同作用,采用反映金属承载极限特性的指数模型计算输电线路故障概率。以实际线路为例验证了该模型计算得到的线路覆冰故障概率变化趋势与实际故障情况相符,能够充分验证覆冰故障率与实际天气的相关性。     

大档距/高差线路非均匀覆冰下的脱冰跳跃特性研究

冰区输电导线上的覆冰脱落会减小绝缘间隙,可能引发闪络跳闸,威胁线路安全运行。针对目前基于有限元法的非均匀覆冰下导线脱冰跳跃特性研究的不足,采用有限元方法建立3档四分裂导线计算模型,研究非均匀覆冰和均匀覆冰对导线脱冰跳跃特性的影响,分析非均匀覆冰导线在档距、高差、覆冰厚度等参数下对最大脱冰跳跃高度的影响规律,并对现有经验公式进行改进。结果表明,最大脱冰跳跃高度与非均匀覆冰密切相关,非均匀覆冰下导线的脱冰跳跃高度可能大于均匀覆冰下的脱冰跳跃高度,且最大脱冰跳跃高度所在位置可能不在档距中点,更容易引发闪络跳闸事故。因此,所提非均匀覆冰下导线的脱冰跳跃特性对重冰区线路绝缘设计具有重要工程价值。     

适用于平原地区的10 kV配电线路覆冰厚度检测方法及试验研究

架空线路覆冰严重威胁电网运行安全,干扰正常的社会生产与居民生活。与110 kV及以上电压等级高压架空线路相比,10 kV配电线路以人工观冰为主,缺乏有效的覆冰检测手段,这给配电网在覆冰天气下安全运行带来了极大的困扰。为此,提出一种基于压力测量的适用于平原地区的10 kV配电线路覆冰厚度检测方法,该方法以配电线路垂直档距在覆冰前后无变化为依据,运用无覆冰时压力传感器数值计算垂直档距,根据绝缘子柱压力传感器数值变化计算覆冰厚度。利用有限元仿真和模拟试验分别进行验证,结果表明：仿真条件下2.5～20 mm覆冰厚度范围内的等值覆冰厚度试验结果相对误差不超过±4%;实验条件下2.5～10 mm覆冰厚度范围内的等值覆冰厚度试验结果相对误差不超过±3%。该方法为进一步的配电线路覆冰厚度检测提供了参考,对配电线路防冰除冰具有重要意义。     

覆冰导线动态风偏简化计算方法及影响因素分析

以导线在自重和平均风荷载作用下的静力平衡构型和几何刚度为基础,采用GLE (阵风荷载包络线)法推导了输电线路的等效静力风荷载计算方法。针对常见的圆形覆冰导线,基于规范中的单摆模型并引入高差修正系数和等效静力风荷载,提出覆冰条件下输电线路动态风偏角的简化计算方法,并与有限单元法时域分析结果进行对比,检验了该简化算法的准确性。覆冰导线的风偏受覆冰密度、厚度和风速等多参数的影响,采用该简化计算方法对某实际线路进行覆冰风偏的参数化分析,结果表明:覆冰密度较小时,风偏角随着冰厚的增加先增大后减小;覆冰密度较大时,风偏角随冰厚的增加单调减小。相较于无覆冰时,多个覆冰工况的风偏角偏大,在设计时需引起重视。     

山坡地形输电线路的覆冰脱冰研究

采用有限元方法研究山坡地形输电线路的覆冰脱冰问题,分析不同覆冰厚度和山坡倾角下输电塔的受力情况与杆塔设计工程量的变化,研究中间档导线脱冰后输电线路的运动情况、绝缘子的轴力和输电塔的基底弯矩响应等。计算结果表明:线路覆冰后,基底弯矩随着山坡倾角和覆冰厚度的增大而增加;导线脱冰后,输电塔的底部弯矩随着山坡倾角的增大而大幅增加。同时分析了山地倾角、覆冰厚度、导线脱冰对杆塔技术经济性的影响,塔重、造价随山坡倾角增大而表现出线性增长趋势,覆冰厚度和脱冰不同造成的增长并非呈简单的线性关系。研究结果为山地情况下输电线路的覆冰脱落荷载取值以及技术经济分析提供参考。