输电线路防覆冰临界电流密度预测模型研究

分析建立了导线覆冰过程的热平衡方程.提出了基于焦耳热效应的输电线路防覆冰临界电流密度计算公式,并对该临界电流密度公式进行了仿真计算.结果表明,防覆冰临界电流是导线外径、导线电阻、表面几何外形等导线自身参数以及环境温度、风速、水滴中值体积直径、空气中液态水含量等大气参数的函数.通过合理调度负荷可达到减少导线覆冰的目的.     

覆冰交流输电线路保线电流及其影响因素分析

建立了导线覆冰过程的热平衡方程,同时考虑绞线几何外形及集肤效应对传热过程的影响,提出了基于焦耳热效应的输电线路导线保线电流计算公式,并采用Runge-Kutta算法对水滴运动轨迹进行模拟,得到碰撞系数这一关键参量值。仿真结果表明,保线电流是导线外径、导线电阻、表面几何外形等导线自身参数以及环境温度、风速、水滴中值体积直径、空气中液态水含量等大气参数的函数;得到了不同绞线在典型覆冰类型下的保线电流,与人工气候室的试验结果相吻合。将该模型的预测结果与其他模型进行了比较,进一步证明该模型的准确性。     

交流输电导线覆冰增长及临界防冰电流的试验研究

输电线路导线覆冰荷载和导线覆冰后舞动产生的荷载均可能引起倒塔或导线断线事故,从而严重威胁电力系统的安全运行。为此在大型多功能人工气候室开展不同型号导线在不同气象条件下覆冰增长和临界防冰电流试验研究,得到不同条件下导线覆冰增长随时间变化的关系曲线,分析影响其覆冰增长和临界防冰电流的因素。研究结果表明运行电流可延缓导线的覆冰增长;同等覆冰条件下,直径小的导线覆冰增长较快;环境温度和风速对导线覆冰增长均有明显影响,且环境温度将决定导线表面的覆冰类型;导线运行电流达到一定值可使其不覆冰且临界防冰电流值与气象参数有关。研究结果可为进一步揭示导线覆冰机理提供参考。     

基于水滴碰冻效率的扩径导线防冰特性分析

输电线路导线覆冰危害电力输送安全，导线防冰/除冰方法一直是国内学者关注的焦点。近年来，利用扩径导线进行防冰的方法被一些学者提出。该文针对扩径导线防冰特性问题，对不同直径导线表面的水滴碰撞和冻结过程进行分析，研究了导线直径对水滴碰撞系数和覆冰速率的影响，提出扩径导线临界防冰直径D_p的计算方法，并对不同风速、水滴中值体积直径和不同温度条件下的D_p值进行了仿真计算。此外，通过不同直径铝管的自然覆冰试验对扩径导线的防冰性能进行了验证。研究结果表明：扩径导线表面的最大水滴碰撞系数随着直径的增大而减小，但水滴碰撞范围会扩大；由于导线表面的水滴捕获率和覆冰速率均随着直径的增大先增加后减小，利用扩径导线进行防冰需使其直径大于临界防冰直径D_p，风速、水滴中值体积直径越大，环境温度越高，D_p值越大。     

环境参数对导线覆冰厚度影响的试验分析

2008年的冰灾给电力系统造成了严重的危害,研究环境参数对导线覆冰的影响在防冰抗冰研究工作中显得尤为重要。为此,在重庆大学人工气候室内完成了3种不同直径导线在不同风速、液态水含量(LWC)即液态水质量浓度、水滴中值体积直径(MVD)、环境温度等环境参数下的覆冰试验。分析了覆冰时间及4个环境参数对覆冰厚度的影响,研究表明,在湿增长条件下覆冰厚度基本不受MVD改变的影响,提出线路架设应避开高风速地区,建议人工气候室覆冰根据制冷系统效果选择最快覆冰的LWC和温度值。     

防冰临界电流的研究与仿真

为输电线路防冰技术及实验室模拟导线覆冰和防冰研究提供理论参考,对导线表面覆冰过程中的热平衡过程进行了研究,并提出和分析了目前影响临界电流不足的因素.通过仿真实验,得出了覆冰条件下,环境温度、风速和空气含湿量与临界电流之间的关系.结果表明,当风速达到一定值时,液滴收集系数,撞击动能及空气动力热能的综合影响使临界电流仿真计算值小于文献值.     

防冰临界电流的研究与仿真

为输电线路防冰技术及实验室模拟导线覆冰和防冰研究提供理论参考,对导线表面覆冰过程中的热平衡过程进行了研究,并提出和分析了目前影响临界电流不足的因素。通过仿真实验,得出了覆冰条件下,环境温度、风速和空气含湿量与临界电流之间的关系。结果表明,当风速达到一定值时,液滴收集系数、撞击动能及空气动力热能的综合影响使临界电流仿真计算值小于文献值。     

基于改进Messinger覆冰模型导线防冰临界电流计算及其影响因素分析

为了得到不同覆冰气象条件下导线防冰临界电流,基于电流防冰时导线表面水膜流动,建立导线表面水膜流动模型对Messinger覆冰模型进行改进,确定了过冷水滴局部撞击系数(LCC)、导线表面局部对流换热系数(LHTC)与导线表面液态水局部冻结系数(LFC)计算方法。首次计算导线表面LHTC与LFC,并基于LFC计算结果,实现了导线防冰临界电流自动计算。计算结果表明:导线表面LCC、LHTC和LFC在导线驻点位置达到最大值,其中LFC随电流增大而减小;风速、温度是影响防冰临界电流的主要因素,含水量与水滴直径大小对临界电流没有明显影响。     

环境参数对110kV复合绝缘子覆冰增长过程的影响

绝缘子覆冰严重影响着电力系统的安全稳定运行,国内外对输电线路覆冰增长过程进行了大量的研究,但对绝缘子覆冰过程的研究较少,因此研究环境参数对绝缘子覆冰的影响在防冰抗冰工作中显得尤为重要。为此,通过在人工气候室的模拟试验来研究环境参数(水滴中值体积直径(MVD)、液态水含量(LWC)、温度、风速)对不同伞型结构的110kV复合绝缘子覆冰过程的影响。研究结果表明:绝缘子覆冰质量、伞裙表面覆冰厚度、冰凌长度及冰凌直径随时间的增长成非线性增长,而随着时间的延长,覆冰质量的增长程度变缓;绝缘子覆冰质量随着环境温度的降低成非线性增加;绝缘子覆冰质量随风速的增加而增加;水滴中值体积直径、液态水含量对绝缘子覆冰质量、冰凌增长有着重要的影响,随着MVD、LWC的增大,覆冰质量、冰凌长度增长迅速;在同等覆冰条件下,D型绝缘子的覆冰质量最轻,冰凌桥接速度最慢,所以D型绝缘子更适合在覆冰严重地区使用。     

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。     

基于热效应的绝缘子防冰技术所需热功率的试验研究

针对绝缘子防覆冰技术的研究,分析了基于热效应减少覆冰量方法的可行性.以清华大学提出的一种应用于悬式绝缘子并具有开关效果以减少能耗的发热防冰方法为例,研究通过将一种具有半导体特性的室温硫化硅橡胶涂层材料涂刷于绝缘子的特定位置,可在冰雪气候条件下降低绝缘子表面电阻,引起可控制的沿面放电并发热.针对利用热效应减少绝缘子覆冰量的防冰方法所需的热功率进行研究,通过对比平板和绝缘子两种试品对不同覆冰条件和不同热功率条件下的覆冰效果设计试验,提出适用于冻雨条件下的热效应防冰所需的适宜功率.     

防止导线覆冰临界电流的传热研究

对导线覆过程进行传热分析,建立了导线覆冰过程的热平衡方程,导出适合任何条件的导线表面温度表达式,提出防止导线覆冰临界电流的计算公式,表明临界电流的大小与风流,含湿量,气温,过冷却水滴直径及导线本身特性有关,为通过科学调度负荷实现预防导线覆冰提供了理论依据。     

Dynamic thermal rating of power lines – Model and measurements in rainy conditions

The transfer capabilities of overhead power lines are often limited by the critical power line temperature that depends on the magnitude of the transferred current and the ambient conditions, i.e. ambient temperature, wind, precipitation, etc. To utilize existing power lines more effectively and more safely concerning the critical power line temperatures and to enforce safety measures during potentially dangerous events, dynamic assessment of the thermal rating is required. In this paper, a Dynamic Thermal Rating model that covers the most important weather phenomena, with special emphasis on rain, is presented. The model considers a dynamic heat generation due to the Joule losses within the conductor and heat exchange with the surrounding in terms of convection, radiation, evaporation, rain impinging and solar heating. The model is validated by comparison of the skin and core temperature of the power line with measurements under realistic environmental conditions.     

输电导线的覆冰模拟系统

为了更好地开展输电导线覆冰及防冰研究工作,需研制输电导线覆冰模拟系统,故在分析了输电导线常见雨淞覆冰气候条件基础上优化设计了导线成冰小室、喷水装置及导线旋转系统等。利用Fluent流体仿真软件分析成冰小室中气流分布的情况表明,该成冰小室内部气流分布基本均匀,可有效模拟导线覆冰过程中周围气流场分布。实测成冰小室内部风速与仿真结果相符且喷水装置产生的水滴直径达到了自然界中毛毛雨的雨滴直径。对钢芯铝绞线覆冰实验显示,导线表面短时内即可形成均匀致密的雨淞层,说明该覆冰模拟系统可以有效模拟自然界中导线表面雨淞覆冰的形成过程。     

基于碰撞特性的导线雾凇覆冰厚度预测模型研究

为了给输电线路抗冰设计中冰雪厚度的估算及覆冰机理的研究提供理论依据,笔者从流体力学和热力学角度出发,建立全面的表征导线捕获过冷却水滴及冰面热传递过程的雾凇覆冰厚度预测模型。仿真结果表明,水滴与导线碰撞时的碰撞系数以及覆冰密度是影响预模型测结果精确性的关键参数,随覆冰时间增加雾凇覆冰厚度增长率逐渐减小,碰撞系数逐渐减小,水滴碰撞导线速度和冰面温度也随之减小,导致雾凇冰密度也逐渐减小。仿真和实验结果均表明,随圆柱体初始直径的增加,冰厚呈幂函数降低,模型预测结果与试验及现场观测结论一致。     

输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法

为减小覆冰对电网正常运行的影响,提出了一种输电线可控线损防覆冰无功优化控制方法.该方法以输电线防覆冰为目标,通过无功补偿控制线路的无功电流,逐步增大可能覆冰线路的工作电流,在不影响电网安全运行的前提下,使其稍大于线路的临界不覆冰电流,用工作电流所产生的线路功率损耗的热量平衡线路覆冰所需的热量,从而破坏覆冰形成的条件,防止覆冰的形成.采用MATLAB对IEEE 30节点系统进行验证性的仿真计算,其结果证明了该方法的可行性和有效性,并通过局部无功调整、局部无功优化和全网无功优化3种控制的对比分析,说明了全网优化的无功补偿控制效果最好,即系统网损最小.     

基于绝缘子热效应防冰方法所需的热功率试验研究

针对基于热效应减少绝缘子覆冰量防冰方法所需的热功率进行研究,对比分析平板和绝缘子两种试样在不同覆冰条件和不同热功率条件下的覆冰效果设计试验,提出了适用于冻雨条件下的热效应防冰所需的最低热功率。