一种用于输电线荷载监测的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种用于输电线荷载监测的计算方法，具体包括以下步骤：确定架空输电线的物理力学参数及材料参数，并定义坐标系；安装分布式光纤，记录两个的光纤初始安装长度λ0、初始安装温度T0及安装位置等初始参数；通过两个分布式光纤实时测量其对应的2段局部输电线的温度T和变形Δv1、Δv2等原始输入参量；修正输入参量；将修正后的输入参量Δv

【技术实现步骤摘要】
一种用于输电线荷载监测的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种以分布式光纤测得的输电线局部变形为输入参量去反馈其荷载的计算方法，尤其涉及一种高精度的输电线覆冰荷载监测方法。

技术介绍

[0002]输电线路的监测对电网的安全运行有着至关重要的作用，而由于冰雪荷载、风荷载等引起的输电线的断线、倒塔、导线舞动、绝缘子闪络等事故给国内外带来巨大的经济损失。在我国，覆冰荷引起的损失最为巨大。输电线覆冰过后的弧垂就会偏大，从而导致输电线对地或对交叉跨越物的安全距离可能不足，最终可能会由于风摆、舞动和跳跃造成线路停电事故。此外，绝缘子串覆冰后，会大大降低绝缘性能。当悬垂绝缘子串覆冰溶化时，可能形成冰柱，使绝缘子串短路，造成接地事故。故如何准确高效地对输电线的工作状态进行实时监测与反馈成为当务之急。
[0003]现有的覆冰荷载测量方式主要有人工巡检法、图像法和重量法。人工巡检法：由于输电导线点多面大，地形地貌各异，所以施工难度较大；此外，由于单纯依靠人力，所以劳动强度较大且维护成本较高。图像法：固然简单易行，可以直观看到输电线路的覆冰情况，但是在恶劣的极端环境下很可能使得镜头模糊不清，影响测量结果的准确性和有效性。重量法：该法理论依据充分，可靠性和精度都较高，但是大多数学建模复杂、计算难度较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术综合考虑以上问题，从输电线的本构模型出发，分析其受力特性，研究出一种精度较高、可靠性强且可用于在线监测的计算方法。
[0005]本专利技术提供一种用于输电线荷载监测的计算方法，所述计算模型包括以下步骤：
[0006]步骤S1，首先确定架空输电线的物理力学参数及材料参数，并定义坐标系；
[0007]步骤S2，安装分布式光纤，记录两个的光纤初始安装长度λ0、初始安装温度T0及安装位置x1、x
11
、x
12
、x2、x
21
、x
22
；
[0008]步骤S3，通过两个分布式光纤实时监测任意时刻t其对应的2段局部输电线的温度T 和变形Δv1、Δv2；
[0009]步骤S4，修正输入参量。对测得的Δv1、Δv2进行修正去除由于温度变化引起的部分Δv
T1
、Δv
T2
，从而得出本专利技术模型的直接输入参量Δv
E1
、Δv
E2
；
[0010]步骤S5，将修正后的输入参量Δv
E1
、Δv
E2
及初始参数x1、x2、Δx1、Δx2代入下式：
[0011][0012]式中：L为输电线水平跨距；h为竖直高差；Δv
E1
、Δv
E2
为两个修正后得输入参量，其表示两个分布光纤测得的变形中的弹性变形部分；x1、x2为两个光纤的水平坐标，Δx1、Δx2为两个光纤的水平长度；而a、b、c为悬链线系数；此外，
[0013]其中：H为悬链线上任一点的水平力；E为输电线弹性模量；A为输电线横截面积；
[0014]求解上式方程组4元4次方程组，解得a、b、c、ε四个未知参数；
[0015]步骤S6，基于本专利技术模型求得的a、b、c、ε，将其分别代入公式求出输电线的等效总均布荷载q；
[0016]步骤S7，根据S6中求解的总荷载q结合S3中实时监测的输电线风偏角η得出风荷载 q
w
和覆冰荷载q
s
。
[0017]进一步地，所述物理力学参数及材料参数包括软导线的水平档距L，垂直高差h，导线初始横截面积A，弹性模量E，导线的线膨胀系数R。
[0018]进一步地，所述步骤S2中，
[0019][0020]Δx1＝x
12
‑
x
11
[0021][0022]Δx2＝x
22
‑
x
21
。
[0023]进一步地，所述的步骤S3中，分布式光纤实时监测的变形Δv1、Δv2包含弹性变形与温度变化引起的变形两部分，即Δv1＝Δv
E1
+Δv
T1
,Δv2＝Δv
E2
+Δv
T2
，式中：Δv
E1
、Δv
E2
为两个分布式光纤测得的局部变形中的弹性变形部分；Δv
T1
、Δv
T2
为两个分布式光纤测得的局部变形中的温度变化引起的变形部分。
[0024]进一步地，所述的步骤S4中，对测得的Δv1、Δv2进行修正,去除Δv
T1
、Δv
T2
，得出输入参量Δv
E1
、Δv
E2
，即Δv
E1
＝Δv1‑
Δv
T1
,Δv
E2
＝Δv2+Δv
T2
；
[0025]温度引起的局部变形的计算公式为：Δv
T
＝λ0R(T
‑
T0)；
[0026]则修正Δv1、Δv2为Δv
E1
、Δv
E2
所利用的计算公式为：Δv
E1
＝Δv1‑
λ0R(T
‑
T0)、Δv
E2
＝Δv2‑
λ0R(T
‑
T0)；
[0027]式中：λ0为光纤初始安装长度；R为输电线的线膨胀系数；T为任意时刻输电线的温度；T0为光纤安装时输电线温度。
[0028]进一步地，所述步骤S7中，根据总荷载q结合风偏角η得出风荷载q
w
和覆冰荷载q
s
，其具体求解公式包括：
[0029]当无风无雪天气时，总荷载即自重荷载q
g
：q
g
＝q1；
[0030]式中：q1为无风雪天气下反馈的总平面荷载；
[0031]无风有雪时，覆冰荷载q
s
为：q
s
＝q2‑
q
g
；
[0032]式中：q2为无风有雪天气下反馈的总平面荷载；q
g
为输电线的自重荷载；
[0033]风雪天气下，风荷载q
w
为：q
w
＝q
3 cosη；
[0034]式中：q3为风雪天气下反馈的总平面荷载；η表示风雪天气时输电线的风偏角；
[0035]覆冰荷载q
s
为：q
s
＝q
3 sinη
‑
q
g
；
[0036]式中：q3为风雪天气下反馈的总平面荷载；q
g
为输电线的自重荷载；η表示风雪天气时输电线的风偏角。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]由于本专利技术基于悬链线模型，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于输电线荷载监测的计算方法，其特征在于，所述计算模型包括以下步骤：步骤S1，首先确定架空输电线的物理力学参数及材料参数，并定义坐标系；步骤S2，安装分布式光纤，记录两个的光纤初始安装长度λ0、初始安装温度T0及安装位置x1、x
11
、x
12
、x2、x
21
、x
22
；步骤S3，通过两个分布式光纤实时监测任意时刻t其对应的2段局部输电线的温度T和变形Δv1、Δv2；步骤S4，修正输入参量。对测得的Δv1、Δv2进行修正去除由于温度变化引起的部分Δv
T1
、Δv
T2
，从而得出本发明模型的直接输入参量Δv
E1
、Δv
E2
；步骤S5，将修正后的输入参量Δv
E1
、Δv
E2
及初始参数x1、x2、Δx1、Δx2代入下式：式中：L为输电线水平跨距；h为竖直高差；Δv
E1
、Δv
E2
为两个修正后得输入参量，其表示两个分布光纤测得的变形中的弹性变形部分；x1、x2为两个光纤的水平坐标，Δx1、Δx2为两个光纤的水平长度；而a、b、c为悬链线系数；此外，其中：H为悬链线上任一点的水平力；E为输电线弹性模量；A为输电线横截面积；求解上式方程组4元4次方程组，解得a、b、c、ε四个未知参数；步骤S6，基于本发明模型求得的a、b、c、ε，将其分别代入公式求出输电线的等效总均布荷载q；步骤S7，根据S6中求解的总荷载q结合S3中实时监测的输电线风偏角η得出风荷载q
w
和覆冰荷载q
s
。2.如权利要求1所述的一种用于输电线荷载监测的计算方法，其特征在于，所述物理力学参数及材料参数包括软导线的水平档距L，垂直高差h，导线初始横截面积A，弹性模量E，导线的线膨胀系数R。3.如权利要求2所述的一种用于输电线荷载监测的计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，Δx1＝x
12
‑
x
11
Δx2＝x
22
‑
x
21
。4.如权利要求3所述的一种用于输电线荷载监测的计算方法，其特征在于，所述的步骤S3中，分布式光纤实时监测的变形Δv1、Δv2包含弹性变形与温度变化引起的变形两部分，即Δv1＝Δv
E1
+Δv
T1
,Δv2＝Δv
E2
+Δv
T2
，式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠庸，薛国斌，胡安龙，夏懿，冯燕军，魏勇，李婧，靳攀润，李麟鹤，平常，李万伟，张建辉，张伟，陈庆胜，尚志鹏，孙长昊，万小花，李敏，孙亚璐，梁魁，曹喆，王小文，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：