基于温度滞后相位的输电线路覆冰监测方法

为获得更加符合实际环境温度下的光纤复合相线温度变化特征、覆冰与否的判据及覆冰厚度预测方法,文中建立环境温度呈正弦函数变化情况下光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用有限元方法进行求解。文中分析导线覆冰段与未覆冰段温度变化的幅值和滞后相位特征;研究滞后相位与环境温度波动幅值、滞后相位与覆冰厚度的关系,发现环境温度波动幅值对滞后相位的影响可以忽略;提出基于滞后相位特征的线路覆冰判据,并给出基于滞后相位的覆冰厚度预测公式。文中建模分析获得4种非正弦函数形式的环境温度变化下光纤温度的变化情况,基于此分析覆冰厚度的预测公式误差,仿真结果证明所提出基于滞后相位的覆冰判据和覆冰厚度预测公式的有效性。     

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。     

基于光纤复合架空地线温度应变的分布式覆冰监测实验研究

通过光纤温度应变测量实际挂网覆冰监测试验,对挂网情况和数据进行详细分析,提出了光纤复合架空地线温度应变测量的分布式覆冰监测方法,论证了基于布里渊传感技术的OPGW分布式覆冰监测的可行性及存在的不足,并提出了解决该技术不足的技术方案。     

OPGW临界融冰电流及其影响因素

光纤复合架空地线(OPGW)覆冰影响电网安全稳定运行,采用直流融冰是防止OPGW发生覆冰事故的有效措施之一。建立了OPGW的直流融冰模型,计算了OPGW直流融冰过程中的动态温度特性,分析了OPGW的临界融冰电流及其影响因素,并在人工气候实验室对计算结果进行了验证。结果表明:融冰过程中冰层外表面的热交换系数对融冰过程影响很大,其大小与环境温度、风速、覆冰厚度和冰层外表面温度有关;影响OPGW临界融冰电流的主要因素有环境温度、风速、覆冰厚度和OPGW型式;临界融冰电流随环境温度降低、风速增加及覆冰厚度的增加而增加,但冰厚的影响程度相对较小。因此,应根据不同环境条件选择OPGW的融冰电流。     

输变电设备除冰研究

该项目通过分析架空线路导线覆冰的形状特征和覆冰融化过程,建立了导线覆冰融化的物理数学模型。结合临界融冰电流理论,分析了风速、导线覆冰厚度、环境温度等因素对导线覆冰融化过程的影响,也分析了对流传热、辐射散热造成的热损失。提出了在一定时间内使导线覆冰脱落的有效融冰电流（有效融冰功率）的计算方法,并在此基础上,结合电力系统交流特点,提出了电容补偿无功电源融冰方法。     

输电线路直流短路融冰的临界电流分析

根据导线覆冰后短路融冰的物理过程,分析直流融冰的基本条件,通过融冰的热平衡过程分析,建立直流临界融冰条件的物理数学模型,提出计算冰面温度和临界融冰电流的方法,分析影响冰面温度和临界融冰电流的因素,并在人工气候室对建立的模型和提出的方法进行了试验验证,试验结果和计算结果基本吻合。分析计算和试验结果表明:在进行直流短路融冰时,融冰电流必须大于临界融冰电流,并根据覆冰和环境条件合理选择融冰电流;临界融冰电流是冰面温度、导线直径和覆冰厚度的函数,冰面温度决定了临界融冰电流,冰面温度与风速、覆冰厚度、导线直径和环境温度等均有关;覆冰厚度虽对临界融冰电流有影响,但不明显,影响临界融冰电流的主要因素是环境温度和风速。     

导线临界防冰电流及其影响因素分析

导线覆冰是影响输电线路安全运行的主要问题之一,基于焦耳热效应的临界电流防冰方法可行且有效。为此,基于焦耳热效应和导线在临界覆冰状态下的传热过程,并考虑了集肤效应、导线几何外形及其表面水膜对传热过程的影响,建立了临界防冰电流模型,其计算结果与人工气候室试验结果符合。另外,还研究了在覆冰环境下,导线直径及几何外形、环境温度、风速、液态水含量(LWC)、中值体积直径(MVD)对输电线路临界防冰电流的影响。仿真结果表明,临界防冰电流随温度的降低或风速的增加而迅速增大,随LWC的增大或MVD在0～100μm区间增大而缓慢增大,而当MVD>100μm时,临界防冰电流无明显变化。     

输电导线高频激励融冰的临界电流分析

根据输电导线覆冰后高频激励融冰的物理过程,基于传热学理论分析了高频激励融冰的热平衡过程,建立高频激励临界融冰条件的物理数学模型,分析了影响高频激励临界电流的主要因素,应用有限元软件Ansys对临界融冰电流的影响因素进行了仿真分析与验证.分析结果表明:高频激励临界融冰电流与环境温度、风速和覆冰厚度有关,环境温度越低或风速...     

不同直径下导线覆冰增长特性

为研究导线覆冰湿增长与覆冰参数之间的关系,确定导线覆冰厚度的增长特性,在人工气候室内,对不同直径导线进行了覆冰试验研究。通过控制覆冰试验条件,得到大量不同直径导线覆冰厚度增长的试验数据,对试验数据进行对比分析,得到导线覆冰增长特性,并采用MATLAB覆冰预测仿真程序进行验证。分析了温度、风速、时间等因素对不同直径导线覆冰增长特性的影响。试验结果表明:不同直径导线覆冰厚度初始时刻增长较快,随着时间延长覆冰厚度呈现饱和趋势,且导线初始直径越小,增长量越大;在湿增长情况下,导线覆冰厚度与温度成反比;通过纵向对比试验数据和模型仿真发现,风速存在临界值使得导线达到最大覆冰增长速度,并且温度越低,临界风速值越大;存在导线覆冰最大直径。     

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。     

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。     

基于灰关联分析微气象因素和导线温度对输电线路导线覆冰的影响

输电线路导线覆冰不仅与微气象务件有关,而且与导线温度有关.针对目前微气象因素与覆冰的相关性分析不全面、不系统,且部分研究没有考虑导线温度对覆冰的影响,无法确定输电线路导线覆冰的主要影响因素等问题,笔者统计了贵州电网220 kv铜黎线路和220 kV鸡阳二回线路覆冰监测数据,采用灰关联方法分析了输电线路导线覆冰与微气象条...     

基于OPGW的输电线路覆冰广域监测方法

输电线路大多架设在野外,受自然灾害影响范围较大、程度较深,而覆冰灾害给电网带来的经济损失尤为严重。在分析现有覆冰监测装置的基础上,提出了基于OPGW的输电线路覆冰广域监测方法。该方法以OPGW光缆内部光纤作为传感器,采用光纤布里渊散射技术,结合覆冰广域监测原理模型,分析覆冰与线缆温度变化关系,利用有限元分析软件对OPGW覆冰与未覆冰状态的缆线温度变化进行了热力学仿真。为验证该方法监测的性能及可靠性,在覆冰实验基地进行了现场模拟挂塔试验,试验结果表明,基于OPGW的输电线路覆冰监测能够准确定位和识别覆冰区段与未覆冰区段,实现输电线路覆冰广域监测。     

高压架空输电线路覆冰情况下风险评估研究

对覆冰情况下的高压输电线路进行了风险评估研究,建立了有限元计算模型。该模型考虑材料非线性以及塔-线系统耦合特性,分析了不同覆冰厚度和风速情况下塔-线系统的失效情况。采用基于迭代修正的找形方法,准确地对导线弧垂进行了初始化设置,得到了导地线的初始形状和应力。提出杆塔受力安全裕度风险评估方法,采用回归分析方法得到杆塔的安全裕度曲线,该曲线直观地描述了杆塔力学失效度与覆冰厚度及风速的关系。计算得到某实际线路单塔失效安全裕度曲线,获取各基杆塔薄弱点位置,提出了杆塔的具体改进措施。通过安全裕度曲线对比证明所提出改进措施的正确性和有效性。     

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.     

架空输电线路覆冰监测用光纤光栅风速传感器的研制

风荷载测量是输电线路覆冰监测的重要组成部分,为解决现有输电线路覆冰在线监测系统中风速测量传感器需要现场电源,易受电磁干扰,不能实时测量风速,需要无线传输模块等缺点,开发了基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的风速传感器,此传感器利用粘贴有 FBG 的等强度梁对风速产生的压力进行测量.鉴于温度对光纤光栅应变测量有较大影响,采用在等强度梁上下 2 侧对称粘贴光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感的问题.对所研制的传感器进行了温度影响试验和风洞试验,试验结果表明,温度造成的传感器测量误差小于±5 pm,传感器线性度良好,测量误差小于±0.5 m/s,经计算由风速测量误差引起的冰荷载测量相对误差小于 2.14%,这些参数满足现场监测的要求.     

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%。     

环境风速对架空输电线路载流及温升影响试验研究

为了验证实际线路环境风速变化对架空线路的载流及温升的影响,模拟环境自然风力的影响,在实验室选择LGJ-240/40和LGJ-630/55两种典型规格的钢芯铝绞线进行了自然对流及垂直、平行风力下载流试验以及架空导线载流能力试验。试验结果表明:风速对架空导线温升及载流的影响呈现明显饱和效应;架空导线载流越大,风速对温升影响越明显。     

覆冰情况下输电线路有限元计算及其结构优化

建立了塔-线耦合结构系统三维有限元力学计算模型。通过对覆冰输电线路耐张段位移及应力分布情况进行分析计算,提出了线路耐张段在一定风速与覆冰厚度条件下的临界失效曲线。经过多次计算并验证薄弱杆塔以及薄弱单元分布情况,得到了薄弱位置的分布特点和规律。以发生覆冰倒塔事故的实际线路为研究对象,并以力学分析计算结果为依据,提出了有针对性地更换杆塔最薄弱处钢材以及在耐张段内薄弱处增加一基杆塔的线路改进方案。通过结构优化前后线路耐张段薄弱单元应力比值以及临界失效曲线的对比分析,证明了所提出改进方案的正确性和有效性。