專利名稱：高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸電導線截面溫度場的計算方法，具體是指一種高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法。
背景技術(shù)：
目前常用的輸電高壓架空輸電導線為鋼芯鋁絞線復合線，其結(jié)構(gòu)為中心是不同組合的鋼芯，外圍是與鋼芯同心絞合的不同組合的鋁絞線，其中鋼芯位于中心處，次外層和最外層均為鋁絞線，鋼芯為7股，次外層的鋁絞線為10股，最外層的鋁絞線為16股。高壓架空輸電導線在微風振動下，導線外層鋁絞線股與線夾之間、以及導線線股之間都將產(chǎn)生微動磨損和微動疲勞，線股接觸區(qū)發(fā)生材料剝落而使導線截面減小，這些微動損傷將導致線股的疲勞斷裂。所謂高壓架空輸電導線斷股指的是輸電導線最外層的鋁絞線斷股，包括最外層的鋁絞線中某一股斷裂后和最外層的鋁絞線中全部線股斷裂。輸電導線截面減小以及某線股初始斷裂，將導致剩余線股的載流溫升增大，溫升增大致使線股材料軟化，溫度達到一定程度，將發(fā)生其他線股的斷裂，在磨損疲勞及載流溫升的交互作用下，輸電導線將發(fā)生持續(xù)的斷股現(xiàn)象，這給高壓輸電導線的安全運行帶來了潛在的風險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法，該預測方法能夠預測高壓架空輸電導線在斷股后剩余截面溫升峰值，為輸電線路的安全運行提供技術(shù)支持和安全保障。本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法，該方法包括如下步驟(I)明確輸電導線中鋼芯和鋁絞線各線股的材料種類，以及各線股材料的電學性能參數(shù)及熱物理性能參數(shù)；(2)忽略鋼芯、鋁絞線各線股之間的空隙，建立有限長度的輸電導線的幾何模型，明確幾何模型的等效電流、導線掛網(wǎng)初始溫度和環(huán)境溫度，作為該幾何模型的初始條件，同時明確輸電導線與空氣接觸的外表面散熱系數(shù)，作為該幾何模型的散熱邊界條件，建立輸電導線線股截面溫度場計算的有限元模型并進行計算；(3)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)作為步驟⑵建立的有限元模型計算中輸入的自變量，首先計算輸電導線在截面完好狀況下的截面溫度場分布，并提取溫度峰值；(4)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)為自變量，對步驟(3)的截面溫度場計算結(jié)果進行曲面擬合，即得到輸電導線在截面完好狀況下的溫度峰值的預測公式；(5)若輸電導線中鋁絞線的若干線股斷裂后，輸電導線截面的幾何模型發(fā)生變化，輸電導線與外界空氣的接觸面積也發(fā)生變化，即散熱邊界條件發(fā)生改變，此時采用與步驟(2)相同的方法建立新的線股斷裂后的輸電導線線股截面溫度場計算的有限元模型并重新進行計算；(6)以輸電導線等效電流和表面散熱系數(shù)作為步驟(5)建立的新的有限元模型計算中輸入的自變量，分別針對輸電導線中鋁絞線不同斷股數(shù)量的狀況進行計算；(7)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)為自變量，對步驟(6)的計算結(jié)果進行曲面擬合，即得到輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面溫升峰值的預測公式；(8)通過步驟(7)獲得的預測公式對輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面的溫升峰值進行預測。本發(fā)明中，所述的輸電導線為LGJ-240/40型導線，所述步驟(I)中輸電導線中鋼芯和鋁絞線的電學性能參數(shù)是指電阻率，熱物理性能參數(shù)是指比熱容和導熱系數(shù)；所述步驟(4)中獲得的輸電導線在截面完好狀況下的溫度峰值的預測公式如下T = -5. 969+0. 0859X+6. 297Y-(1. 341e_005) X2-O. 009817XY-0. 3195Y2- (6. 879e-012) X3+ (7. 181e_006) X2Y+0. 0002454XY2+0. 005995Y3 ；所述步驟(J)中獲得的輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面溫升峰值的預測公式如下若輸電導線最外層的鋁絞線中某一股斷裂后，則預測公式如下T=-1O. 72+0. 1017X+7. 352Y_(1. 589e_005) X2-O. 01163XY-0. 3722Y2-(8. 627e-012)X3+ (8. 504e_006) X2Y+0. 0002907XY2+0. 006949Y3 ；若輸電導線最外層的鋁絞線中全部線股斷裂后，則預測公式如下T=-73. 51+0. 3148X+17. 8IY- (4. 926e_005) X2-O. 03598XY-0. 8662Y2+(2. 905e-011)X3+(2. 632e_005) X2Y+0. 0008994XY2+0. 01449Y3 ；其中，上述公式中的X均是指輸電導線等效電流，Y均是指輸電導線外表面散熱系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法針對輸電導線發(fā)生的持續(xù)斷股現(xiàn)象，并給出了持續(xù)斷股后剩余截面溫升峰值的量化的預測公式。該類預測公式可以為輸電導線遠程視頻監(jiān)控及導線超溫報警提供一定的輔助算法，為輸電線路的安全運行提供一定的技術(shù)支持和安全保障。


圖1為本發(fā)明高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值預測方法的預測流程圖；圖2為本發(fā)明實施例一中輸電導線完好時的截面典型溫度場分布圖；圖3為本發(fā)明實施例二中輸電導線最外層某一股斷裂后的截面典型溫度場分布圖；圖4為本發(fā)明實施例三中輸電導線最外層鋁絞線全部斷裂后的截面典型溫度場分布圖；圖5為本發(fā)明輸電導線在不同等效電流和表面散熱系數(shù)條件下，完好狀況下截面溫度峰值圖；圖6為本發(fā)明輸電導線在不同等效電流和表面散熱系數(shù)條件下，外層鋁絞線股斷裂某一股后，剩余截面的溫度峰值圖；圖7為本發(fā)明輸電導線在不同等效電流和表面散熱系數(shù)條件下，外層鋁絞線股全部斷裂后，剩余截面的溫度峰值圖。
具體實施例方式高壓架空輸電導線選用LGJ-240/40型鋼芯鋁絞線，該輸電導線的幾何尺寸參見相關(guān)國家標準，其中的鋼芯與鋁絞線的電學及熱物理性能參數(shù)見表1，其中，電學性能參數(shù)是指電阻率，熱物理性能參數(shù)是指比熱容和導熱系數(shù)。表1、LGJ-240/40型輸電導線中鋁絞線及鋼芯材料的性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法，該方法包括如下步驟: (1)明確輸電導線中鋼芯和鋁絞線各線股的材料種類，以及各線股材料的電學性能參數(shù)及熱物理性能參數(shù)； (2)忽略鋼芯、鋁絞線各線股之間的空隙，建立有限長度的輸電導線的幾何模型，明確幾何模型的等效電流、導線掛網(wǎng)初始溫度和環(huán)境溫度，作為該幾何模型的初始條件，同時明確輸電導線與空氣接觸的外表面散熱系數(shù)，作為該幾何模型的散熱邊界條件，建立輸電導線線股截面溫度場計算的有限元模型并進行計算； (3)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)作為步驟(2)建立的有限元模型計算中輸入的自變量，首先計算輸電導線在截面完好狀況下的截面溫度場分布，并提取溫度峰值； (4)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)為自變量，對步驟(3)的截面溫度場計算結(jié)果進行曲面擬合，即得到輸電導線在截面完好狀況下的溫度峰值的預測公式； (5)若輸電導線中鋁絞線 的若干線股斷裂后，輸電導線截面的幾何模型發(fā)生變化，輸電導線與外界空氣的接觸面積也發(fā)生變化，即散熱邊界條件發(fā)生改變，此時采用與步驟(2)相同的方法建立新的線股斷裂后的輸電導線線股截面溫度場計算的有限元模型并重新進行計算； (6)以輸電導線等效電流和表面散熱系數(shù)作為步驟(5)建立的新的有限元模型計算中輸入的自變量，分別針對輸電導線中鋁絞線不同斷股數(shù)量的狀況進行計算； (7)以輸電導線等效電流和外表面散熱系數(shù)為自變量，對步驟(6)的計算結(jié)果進行曲面擬合，即得到輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面溫升峰值的預測公式； (8)通過步驟(7)獲得的預測公式對輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面的溫升峰值進行預測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法，其特征在于:所述的輸電導線為LGJ-240/40型導線，所述步驟(I)中輸電導線中鋼芯和鋁絞線的電學性能參數(shù)是指電阻率，熱物理性能參數(shù)是指比熱容和導熱系數(shù)；所述步驟(4)中獲得的輸電導線在截面完好狀況下的溫度峰值的預測公式如下:T = -5.969+0.0859X+6.297Y_(1.341e_005) X2-0.009817XY-0.3195Y2-(6.879e-012)X3+(7.181e_006) X2Y+0.0002454XY2+0.005995Y3 ； 所述步驟(7)中獲得的輸電導線中鋁絞線斷股后剩余截面溫升峰值的預測公式如下: 若輸電導線最外層的鋁絞線中某一股斷裂后，則預測公式如下:T=-10.72+0.1017X+7.352Y_(1.589e_005) X2-0.01163XY-0.3722Y2-(8.627e-012)X3+ (8.504e_006) X2Y+0.0002907XY2+0.006949Y3 ； 若輸電導線最外層的鋁絞線中全部線股斷裂后，則預測公式如下:T=-73.51+0.3148X+17.8IY- (4.926e_005) X2-0.03598XY-0.8662Y2+ (2.905e-011)X3+(2.632e_005) X2Y+0.0008994XY2+0.01449Y3 ； 其中，上述公式中的X均是指輸電導線等效電流，Y均是指輸電導線外表面散熱系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓架空輸電導線斷股后剩余截面溫升峰值的預測方法，包括(1)明確輸電導線中鋼芯和鋁絞線各線股的材料種類、電學性能參數(shù)及熱物理性能參數(shù)；(2)建立有限長度的輸電導線的幾何模型，明確幾何模型的等效電流、導線掛網(wǎng)初始溫度和環(huán)境溫度，同時明確輸電導線與空氣接觸的外表面散熱系數(shù)，建立輸電導線線股截面溫度場計算的有限元模型并進行計算；(3)獲取輸電導線在截面完好狀況下的溫度峰值的預測公式；(4)若輸電導線中鋁絞線的若干線股斷裂后采用與上述步驟相同的方法獲得斷股后剩余截面溫升峰值的預測公式，對斷股后剩余截面的溫升峰值進行預測。該預測方法能為輸電線路的安全運行提供技術(shù)支持和安全保障。
文檔編號G06F19/00GK103077311SQ20131000402
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者竇洪, 李曉紅, 肖凱, 吳洪亮 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 武漢大學