绝缘导线融冰热路模型建立方法技术

本发明专利技术涉及电气工程技术领域，公开一种绝缘导线融冰热路模型建立方法，以指导绝缘导线现场融冰，提高配网安全性。方法包括：将融冰前、融冰时、融冰后共三个阶段等效为不同的热路传导过程，建立一个完整的热路模型，模拟绝缘导线融冰动态及稳态过程；在该热路模型中，导线内热阻、绝缘层热阻、覆冰传导热阻和空气换热热阻以从内到外发散的顺序串联，将导线热容、覆冰热容与融冰潜热支路之间并联，并在达到稳态的时候，忽略热容的影响；根据该热路模型在不同阶段的等效电路求解融冰过程的关键参数，该关键参数至少包括最小融冰电流、最大融冰电流和融冰时间。融冰电流和融冰时间。融冰电流和融冰时间。

【技术实现步骤摘要】
绝缘导线融冰热路模型建立方法


[0001]本专利技术涉及电气工程
，尤其涉及一种绝缘导线融冰热路模型建立方法。

技术介绍

[0002]与传统裸导线相比，架空绝缘导线由于增加了外部绝缘层，可以减少相间短路故障的发生，并防止导体被腐蚀，从而有利于增加线路的使用寿命，提高配电系统的安全性和可靠性，并有效降低触电和死亡的风险。因此，架空绝缘导线在配电网中得到了广泛的应用。但由于外部绝缘层的增加，架空绝缘导线在实际运行过程中表面温度低于裸导线，因此在微地形微气候区域发生覆冰事故的可能性更大。由于覆冰引起线路的过荷载、舞动等，又会进一步造成倒杆断线等事故。例如，江西庐山地区就出现过绝缘导线覆冰导致倒杆断线事故的情况。为了降低上述情况对配网供电造成的安全威胁，对架空绝缘导线进行直流融冰是目前最有效的解决方法。因此，架空绝缘导线在不同环境条件下的融冰特性是配网融冰除冰技术应用时必须重点考虑和研究的一部分。
[0003]目前，融冰特性的研究多针对裸导线开展，对绝缘导线的相关研究还比较薄弱。例如，有研究建立了模拟导线直流融冰时的椭圆覆冰物理及数学模型，并通过仿真分析了其表面温度分布的动态变化过程。另外，有学者通过建立裸导线短路电流融冰的物理过程，提出了融冰时间、融冰电流和融冰导线表面最高温度的计算方法，并分析了融冰导线的动态温度分布特征。在上述两项研究中，通过理论仿真等方式研究了影响裸导线直流融冰的各种因素，如风速、环境温度、覆冰厚度等。在人工气候室和自然覆冰试验站进行了大量的融冰试验，以验证试验结果与模拟结果的一致性。也有研究通过运用传热的基本原理，分析了输电线路直流融冰的热平衡过程，提出了临界融冰电流和融冰时间的计算模型，并通过对LGJ
‑
70、LGJ
‑
120等型号的裸导线进行融冰试验，验证了模型的正确性。因此，针对现有绝缘导线融冰特性研究存在的不足，迫切需要开发一种绝缘导线融冰热路模型建立方法，能够准确模拟各因素对绝缘导线融冰通流过程的影响，以更好地研究绝缘导线融冰特性，为绝缘导线实际融冰提供理论指导。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于公开一种绝缘导线融冰热路模型建立方法，以绝缘导线为主体，建立直观有效的热路分析模型，研究绝缘导线融冰特性，为绝缘导线融冰装置参数设计和融冰过程中融冰电流的选择提供实践依据，从而更好地指导绝缘导线现场融冰，提高配网安全性。
[0005]为达上述目的，本专利技术公开的绝缘导线融冰热路模型建立方法包括：
[0006]将融冰前、融冰时、融冰后共三个阶段等效为不同的热路传导过程，建立一个完整的热路模型，模拟绝缘导线融冰动态及稳态过程；在该热路模型中，导线内热阻、绝缘层热阻、覆冰传导热阻和空气换热热阻以从内到外发散的顺序串联，将导线热容、覆冰热容与融冰潜热支路之间并联，并在达到稳态的时候，忽略热容的影响；
[0007]根据该热路模型在不同阶段的等效电路求解融冰过程的关键参数，该关键参数至少包括最小融冰电流、最大融冰电流和融冰时间。
[0008]优选地，最小融冰电流I
min
的求解具体为：
[0009][0010][0011]其中，T
k
为环境温度；R
T0
为等效冰层传导热阻；R0为0 ℃时导线的单位长度电阻；R
T1
为对流及辐射等效热阻；P
min
为临界发热功率；T0为0 ℃。
[0012]优选地，最大融冰电流I
max
的求解具体为：
[0013]当风速＞2米/秒时：
[0014][0015]当风速≤2米/秒时：
[0016][0017]其中，Σi为辐射系数，d为导线直径；T
max
为导线内表面最高温度；V为风速。
[0018]优选地，融冰时间T
r
的求解具体为：
[0019][0020]其中，D为导体覆冰后的外径；g0为冰的比重；b为冰层厚度；Δt为导体温度外界气温之差；Ir为融冰电流。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：
[0022]结合绝缘导线本身及环境的物理条件约束，通过将绝缘导线融冰动态过程等效为各个热路元件的组合，从而更直观准确地研究最小融冰电流、最大融冰电流、融冰时间等融冰过程的关键参数，为绝缘导线融冰提供理论指导。
[0023]下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1是本专利技术实施例公开的绝缘导线融冰过程等效热路模型。
[0026]图2为融冰过程中热平衡态时的简化融冰等效热路模型；其中，图2A为正在融冰时，图2B为融冰但不化时。
[0027]图3覆冰融化后的绝缘导线通流发热模型。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]实施例1
[0030]本实施例公开一种绝缘导线融冰热路模型建立方法。基于覆冰绝缘导线内外结构、热量传导过程、温度场分布、温度约束条件等物理本质，建立了覆冰绝缘导线融冰过程等效热路模型。为实现前述目标，本专利技术所提的解决方案是将融冰前、融冰时、融冰后共三个阶段等效为不同的热路传导过程，建立一个完整的热路模型，模拟绝缘导线融冰动态及稳态过程。
[0031]本实施例原理是：从能量传递角度分析，导线通流后产生的焦耳热等效为一个发热源，热量传递到金属芯表皮使其温度上升，热量再从内部金属芯传递到绝缘层，从而向外部发散。由于金属芯本身有一定热阻性且其温度的上升不是骤然变化的，因此用导线内热阻以及导线热容来等效。热量传递到绝缘层的外表皮，绝缘层外表皮吸收热量后升温，因此在这里用绝缘热阻来等效。同时，绝缘层的表面处于覆冰状态，冰层温度从环境温度上升到0℃也需要吸收热量，因此用覆冰热容来等效。这里的模型是对绝缘导线融冰动态过程的模拟，在达到稳态的时候，就不再考虑热容的影响。热量通过覆冰层向外传递，因此用覆冰传导热阻来模拟这一过程，覆冰层越厚，相对来说热阻越大，散热越困难，最后用空气换热热阻等效辐射及对流扩散情况下传递出去的热量。即，
[0032]1、绝缘导线融冰模型
[0033]从能量角度分析，绝缘导线通流产生的焦耳热主要消耗在五部分：(1)导线自身升温吸收热量；(2)绝缘层升温吸收热量；(3)覆冰层升温吸收热量；(4)覆冰融化吸收热量；(5)热量通过辐射和对流扩散到空气中。在融冰过程中，裸导线通流后产生的焦耳热经覆冰层即可向外部空气传导，同时融化覆冰；相对于裸导线，绝缘导线在结构上增加了一层绝缘层，因而绝缘导线内层线芯的通流发热量经绝缘层、覆冰层后向外部空气扩散，同时融化覆冰。对通流时的覆冰绝缘导线模型采用简化假设，得到绝缘导线等效热路模型如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘导线融冰热路模型建立方法，其特征在于，包括：将融冰前、融冰时、融冰后共三个阶段等效为不同的热路传导过程，建立一个完整的热路模型，模拟绝缘导线融冰动态及稳态过程；在该热路模型中，导线内热阻、绝缘层热阻、覆冰传导热阻和空气换热热阻以从内到外发散的顺序串联，将导线热容、覆冰热容与融冰潜热支路之间并联，并在达到稳态的时候，忽略热容的影响；根据该热路模型在不同阶段的等效电路求解融冰过程的关键参数，该关键参数至少包括最小融冰电流、最大融冰电流和融冰时间。2.根据权利要求1所述绝缘导线融冰热路模型建立方法，其特征在于，最小融冰电流I
min
的求解具体为：的求解具体为：其中，T
k
为环境温度；R
T0
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙诗依，黄清军，毛新果，朱思国，周秀冬，朱远，朱俊玮，蔡翔，李子昂，蔡翔，陈泽弘，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：