耐张式连接导线标准覆冰冰重模型

耐张式连接导线标准覆冰冰重模型

受季风气候影响，受小气候和微地形条件的影响，许多地区的供电线路中的负荷重增加，导致断流、倒塔（杆）和闪络事故，严重影响了工农业生产。为此,进行输电线路覆冰实时监测和准确分析十分迫切。本文提出一种基于等效代入法的导线覆冰冰重计算模型,该模型无需依赖大量观测数据,也不必进行覆冰生长机理的繁琐研究,便可对覆冰冰重做出较为准确的计算,从而对冰厚作较为准确的换算。1建立不等高悬挂点以绝缘子串为耐张式连接的耐张段孤立档为研究对象,根据导线悬挂点处张力及倾角建立冰重模型。建立孤立档内悬挂点不等高示意图。如图1所示,AA′、BB′为一档两侧杆塔,A、B分别为两杆塔导线悬点,h为悬挂点高度差,φ为悬挂点高差角,f为最大档距,F为悬点处导线张力,l为实际档距,l′为等效档距,L为实际线长,L′为等效线长,O为等效档距中点。2相关模型的推导和构建(1)无冰导线应力0由档内导线水平方向力平衡条件可知,导线各点处应力水平分量大小相等:F·cosθ=σS(1)再由导线最大弧垂计算式:将悬点倾角θA0或θB0,档距l、悬点高差h、无冰导线横截面积S0代入以上各式,得无冰导线最大弧垂f0、最低点水平应力σ0。再由悬点不等高导线最大弧垂悬链式方程求解无冰导线比载g0:f=l2g/(8σcosφ)(3)同理求解覆冰导线最大弧垂f1,代入式(3),得导线比载与最低点水平应力之比g1/σ1,对导线比载与应力不作单独求解,将其比值等效表示为H,参与算法推导,即为等效代入法。(2)线长悬链式法求解线长模型孤立档等效档距为:l′=2lΟB′=2⋅l2(1+h4f)=l(1+h4f)l′=2lOB′=2⋅l2(1+h4f)=l(1+h4f)(4)根据导线档内实际线长悬链式方程:L=lcosφ+g2l3cosφ24σ2L=lcosφ+g2l3cosφ24σ2(5)得等效线长悬链式方程:L′=l′+g2l′324σ2L′=l′+g2l′324σ2(6)式(5)、式(6)经等效代入法分别变换为:L=lcosφ+Η2l3cosφ24(7)L′=l′+Η2l′324(8)由此求解无冰导线线长L0、覆冰导线线长L及等效线长L′。(3)覆冰导线单位长度荷载导线悬点与最低点间垂直方向总荷载等于导线悬点处张力垂直分量,对于悬点B,有:gSLOB′=gSL′/2=FBsinθB(9)得覆冰导线单位长度荷载:gS=FBsinθB/(L′/2)=48FBsinθBΗ2l3(1+h/4f)3+24l(1+h/4f)(10)(4)sl-g0s0s0覆冰导线与无冰导线荷载作差得标准覆冰冰重模型:Gice=gSL-g0S0L0=48FBsinθBΗ2l2(1+h/4f)3+24(1+h/4f)⋅(1cosφ+Η2l2cosφ24)-g0S0(lcosφ+Η20l3cosφ24)(11)(5)覆冰厚度的测定图2为导线标准覆冰示意图,b为冰厚,d为导线直径。测总重法换算标准冰厚:b=√R2+(Μ2-Μ1)πρ-R(12)式中b——导线标准覆冰厚度;M2——每米覆冰导线总质量;M1——单位长度的无冰导线质量;R——无冰导线半径;ρ——标准冰密度。将d/2代换R,gS/9.8代换M2,g0S0/9.8代换M1,有:b=√d24+(gS-g0S0)9.8πρ-d2(13)也可利用测水重法换算冰厚:b=√d24+Gice9.8πρL-d2(14)3导线倾角测量球目前国内外已经有不少厂家生产覆冰监测相关仪器,美国USI公司生产的Power-Donut2和杭州海康雷鸟公司生产的MT系列温度—倾角测量球,可以用来测量悬挂点处导线倾角。美国TheValleyGroupInc.公司生产的CAT-1倾角—应力传感器,可以用来测量导线悬点附近张力;蚌埠金诺传感器传感测控工程有限公司生产的JLET-Ⅱ板环式拉力传感器,可用于110kV以下架空线张力测量,图3、图4分别为该拉力传感器外形及其与横担及绝缘子串连接示意图,表1为JLET-Ⅱ拉力传感器规格表。4风载体型系数表2通过覆冰导线风压比载相关计算对该算法进行验证。单位长度(m)覆冰导线上每单位面积(mm2)的水平方向风压荷载称为覆冰风压比载,可按下式计算,gwind=αC(2b+d)(vsinγ)21.63S(15)式中gwind——覆冰水平方向风压比载;α——风速不均匀系数,取表2所列数值;C——风载体型系数,当导线直径d<17mm时,取C=1.2;当导线直径d≥17mm时,C=1.1;d——导线直径;b——导线覆冰厚度;v——风速;γ——风向与导线轴向之夹角;S——导线截面积。将孤立档两端耐张塔与档内导线无风状况下所构成的平面作为参考平面,在受到水平方向风压影响下,覆冰导线会与该平面形成一夹角,即风偏角β,如图5所示,则覆冰风压比载与覆冰导线比载之积:Fwind/Gice+wire=tanβ(16)式中Fwind——导线水平方向所受风力;Gice+wire——覆冰导线重量。利用风速风向传感器测得γ;测倾角装置测得β;利用gS=FBsinθB/(L′/2),求得覆冰导线比载g=FBsinθB/(SL′/2)(17)即:g=FBsinθB/(π(d/2+b)2L′/2)(18)计算gwind/g,其值为tanβ,证明该算法成立。5电网数据处理本文提出的覆冰冰重新模型,已被山西华创电气有限公司为阳泉电力公司研制的覆冰在线监测系统数据