基于力学测量的架空输电线路覆冰监测系统

对输电线路覆冰载荷进行了力学分析,讨论了覆冰厚度的计算方法。开发了基于架空输电线路轴向张力、二维倾角和风速风向、温湿度等气象信息测量的覆冰监测系统。利用全球移动通信系统（GSM）/通用分组无线电业务（GPRS）网络,线路监测终端与中心监控主站进行数据传输,由主站专家系统软件利用相关覆冰理论模型分析导线覆冰状况,及时给出除冰信息,有效预防冰害事故发生。     

输电线路超短期覆冰厚度精准预测模型研究

冬季架空输电线路覆冰是导致输电线路发生冰雪灾害的直接原因,在线实时融冰是预防冰雪灾害的有效措施。对于冻雨致冰厚度的精准预测,是实施最优融冰方案的前提。设计了模拟导线监测系统和现场微气象系统,以模拟导线监测数据和微气象站技术,结合冻雨覆冰理论计算空气中前期液态水含量。基于灰色系统理论,应用GM(1,1)模型,预测空气中超短期液态水含量、风速、降雨量。在此基础上,根据所预测液态水含量、风速、降雨量计算覆冰增长速度。综合多种实际监测数据,建立覆冰数据仿真模型。     

覆冰架空导线舞动跳闸概率计算新方法

覆冰导线的舞动严重威胁着电力系统安全稳定运行,如何准确地计算覆冰导线舞动导致的输电线路跳闸的概率成为备受关注的研究课题之一。提出了基于舞动运动方程、气象信息及故障信息相结合的覆冰导线舞动的跳闸概率计算新方法。首先由风速与冻雨量的历史样本获得风速与冻雨量的概率分布函数,然后根据牛顿定律建立了覆冰导线的单自由度舞动模型;进而,采用里茨-伽辽金方法求解舞动模型,获得了以风速和覆冰厚度为自变量的舞动幅值解析表达式;基于已获得的风速与冻雨量的概率分布函数,获得与二者为函数关系的覆冰厚度的概率分布函数,进而获得舞动幅值的概率分布函数;最后,根据覆冰舞动跳闸的历史故障记录所获得的泊松分布求得覆冰导线舞动幅值越限及短路故障的联合概率,结合贝叶斯公式获得舞动幅值越限条件下的覆冰导线舞动跳闸概率。算例证明了该方法的正确性及有效性。     

基于3D有限元模型的架空输电线路融冰电流计算

给出了架空输电线路直流融冰所涉及的两个重要参数:最小融冰电流和最大允许融冰电流的概念及计算方法。基于有限元法,以500kV架空输电线路常用的LGJ300/40钢芯铝绞线为模型,建立了覆冰导线3D热-电耦合仿真模型,计算出不同气候条件下、不同覆冰厚度的最小融冰电流,以及导线正常运行所允许的最大融冰电流,讨论了各种气候情况下融冰电流调节裕度,总结了最小融冰电流随环境条件和覆冰厚度的变化规律,可为运行人员提供重要的决策依据。     

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。     

输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测与试验研究

输电线路覆冰后,将引发断线倒塔事故,严重威胁电网的安全运行,在线监测导线覆冰情况具有重要的工程应用价值。为了实现实时监测输电线路的等值冰厚,提出了以静力学力矩平衡为理论依据的架空输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测模型。该模型以轴向拉力和倾角为参数,考虑了耐张绝缘子串带来的不均匀载荷,以及风力带来的风偏平面内综合荷载增加等影响。在试验站开展现场导线覆冰的测量,进行现场试验验证。结果表明:利用该文提出的预测模型计算出的综合荷载等值冰厚和人工测得的现场导线等值冰厚吻合较好,验证了该模型的精确性。基于现场试验经验,提出了用于现场测量的覆冰形状校正系数,为进行现场输电线路覆冰测量提供一种有效和简便的测量手段。     

高压输电线路电热融冰技术

高压输电线路冰灾严重威胁电网的安全运行,覆冰线路的电热融冰是复杂的多物理场非线性过程,从理论上揭示覆冰导线的融冰机理,分析多种计算条件下LGJ-70/10和LGJ-400/65型导线雨凇覆冰的融冰时间,提出电热融冰技术领域中关系到融冰效率、线路安全以及节能所需考虑的最短融冰时间的重要参数,总结了覆冰厚度、覆冰温度、导线温度、环境温度以及对流载荷对最短融冰时间的影响,为高压输电线路的融冰技术应用和发展提供可靠的分析依据。     

考虑线路实际运行状态的故障测距补偿方法

根据输电线路状态方程,分析了输电线路长度变化与线路实际运行状态,包括导线运行温度、导线等值覆冰厚度及风速的对应关系,提出根据导线实际运行状态计算输电线路实际长度的方法,并以东北某线路实际监测导线张力和导线温度数据验证了此方法的正确性。根据输电线路长度变化与线路实际运行状态的关系,建立了输电线路各点在不同状态下距线路首端距离的换算方程,最终将实际故障距离换算成故障点距线路首端水平距离。     

架空送电线路导线覆冰破坏问题分析

在介绍导线覆冰的形成、分类及其影响因素的基础上，重点分析了气象条件（包括温度、风速和风向）对导线覆冰的影响。另外，还分析了导线覆冰对导线安全的影响，即导线覆冰对导线负载的影响、覆冰厚度增加时对导线强度的影响，为输电线路设计及安全提供参考。     

特高压直流输电大截面导线带电覆冰与融冰特性试验研究

现有小截面导线覆冰和融冰规律不能直接线性换算至大截面导线,为此在人工气候实验室开展LGJ-720/50和JL/G3A-900/40这2种特高压直流输电大截面导线的带电覆冰与融冰试验,分析覆冰厚度增长与电流和气象参数的变化规律,得到大截面导线融冰时间与融冰电流、环境温度和风速、覆冰厚度的特性曲线。研究结果表明运行电流通过产生焦耳热降低水滴在大截面导线上的冻结系数能抑制覆冰增长;风速增大、降雨量增加可以增大水滴的碰撞系数和收集系数,温度降低可增大冻结系数,从而加快导线覆冰增长速度;环境温度还决定着导线覆冰类型。大截面导线融冰时间主要取决于导线表面需要融化的冰层厚度,并随着融冰电流的增大逐渐减小;环境温度越低,风速越大,融冰时间越长;融冰时间随覆冰厚度增加呈线性规律增长。研究结果能够为特高压直流输电线路阻冰和融冰提供理论指导。     

冰风暴灾害下输电线路故障概率预测

针对冰风暴灾害下输电线路运行故障问题,提出了基于极端学习机和Copula函数的断线倒塔概率预测模型。该模型运用广义极值分布刻画冰风暴灾害下冻雨量、风速、输电线和铁塔冰、风荷载的随机特性,并通过ELM网络预测出实时变化的GEV分布的形状参数、尺度参数和位置参数。随后考虑冰、风荷载之间的概率相关性,借助Clayton-Copula建立冰、风荷载的联合概率分布,从而实现输电线和铁塔的实时故障概率预测。结合湖南郴州电网的历史数据展开算例分析,验证了该预测方法的有效性和准确性。     

输电线路冰害年故障率研究分析

针对冰害所导致的输电线路故障问题,研究分析了区域输电线路年故障率。采用适用于气候极值概率分析的皮尔逊Ⅲ型分布拟合年覆冰极值,得到覆冰极值分布;基于金属形变理论,构建条件覆冰厚度下的线路故障概率模型;综合得到区域输电线路年故障率分布,并采用遗传算法对其参数进行估计。算例分析验证了所提方法的合理有效性,其结果表明：皮尔逊Ⅲ型分布适用于覆冰极值的拟合;基于金属形变理论的线路冰害故障概率模型可真实反映线路的冰害故障可能性;综合得到的区域输电线路年故障率分布可应用于综合分析区域输电线路的冰害故障。     

冰风暴灾害下电力断线倒塔的概率计算

提出了基于广义帕累托分布(GPD)和Copula函数的冰风暴灾害下电力断线倒塔的概率计算方法.该方法基于冰风暴灾害下风速和冻雨量的GPD,提出了电力线和铁塔的冰荷载和风荷载的概率计算模型;然后考虑冰荷载与风荷载之间存在的概率相关性,基于Copula函数,提出了电力线和铁塔冰荷载、风荷载的联合概率分布计算模型;在此基础上...     

基于覆冰拉力监测系统的耐张塔线路等值冰厚计算模型

输电线路覆冰严重影响电网的安全稳定运行,准确监测线路覆冰情况具有重要的工程意义和应用价值.为了精准判断线路覆冰厚度,提出一种基于覆冰拉力监测系统的复合荷载作用下耐张塔线路等值冰厚计算模型,以在线监测终端监测拉力和角度为输入参量,计及耐张绝缘子串非均布荷载和风荷载影响,并修正重力方向荷载对计算模型加以改进.与雪峰山自然观冰站试验数据和南方电网重覆冰区段监测终端运行数据对比,验证了该计算模型的准确性.结合工程实际应用,验证了其对判断耐张塔线路覆冰情况具有一定的指导作用.     

输电线路抗冰设计规程比较

通过条文对比和计算,分析了各国规范在设计冰荷载取值及修正,覆冰时风荷载的计算,不均匀覆冰工况和断线工况等方面的异同。通过比较发现,我国设计冰荷载的导线直径修正系数与IEC标准吻合较好,而导线高度修正系数大于IEC标准,偏于安全。由于线路最小风速的规定,我国覆冰同时风速与按IEC标准、CSA标准规定的计算值吻合较好。由于基准冰荷载选取和覆冰率的不同,我国以50年重现期为基准的不均匀覆冰荷载与IEC标准以500年重现期为基准时吻合,达到甚至超过CSA标准150年重现期的水平。我国一、二和三类杆塔的断线覆冰率亦与IEC标准、CSA标准中500年、150年和50年重现期对应的断线覆冰率相吻合。     

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%。     

输电线路覆冰失效分析

在输电塔线体系的设计过程中,导线和铁塔结构是分开进行设计的.由于对铁塔的纵向不平衡张力缺乏有效的计算方法,通常是根据规程取导线最大使用张力的比例进行校核.然而,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,精确计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力有着重要的意义.文中应用梁单元和索单元对输电铁塔和导线建立整体单元模型,对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算,分析了均匀覆冰荷载下铁塔的极限承载力,对在实测不均匀覆冰荷载下的倒塔失效原因进行了分析,指出了输电线路中的薄弱点,对铁塔提出了提高冰厚等级改造的建议.     

输电线路覆冰问题综述

输电线路覆冰问题由来已久,但伴随着全球气候变暖,极端天气的频现,输电线路覆冰致灾问题愈发严重,给我国电网的安全及稳定运行带来了巨大挑战。针对输电线路覆冰类型、覆冰形成的机理以及微气象等因素对覆冰形成和其对线路安全的影响作了详细分析。在分析的基础上,对输电线路覆冰监测技术,覆冰预警技术,导线防冰涂层技术,机械除冰技术,交、直流融冰技术,被动除冰理论等进行了深入剖析。最后,阐述了应对输电线路覆冰的新技术、新措施、新成果、新趋势及亟待解决的问题。