本發(fā)明涉及輸配電的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，以及一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，工業(yè)用電與居民生活用電突增，處于用電高峰時(shí)電網(wǎng)輸電能力不足的問題日益嚴(yán)重。特別在夏天用電高峰期，有些地方電力部門通過限電來緩解電力供需問題，這大大影響了人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。從可持續(xù)性發(fā)展和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，為了提高架空輸電線的輸送能力，除對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造或增加新的輸電導(dǎo)線以外，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，通過提高輸電導(dǎo)線的運(yùn)行溫度以動(dòng)態(tài)的增加載流量，進(jìn)而提高線路傳輸容量，充分挖掘現(xiàn)有輸電導(dǎo)線輸送潛力也具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

同時(shí)架空輸電導(dǎo)線的溫度也是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要指標(biāo)，對(duì)于架空輸電導(dǎo)線的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，溫度過高會(huì)給輸電導(dǎo)線帶來安全事故的隱患。輸電導(dǎo)線的最大允許載流量、弧垂大小等都與輸電導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)的溫度密切相關(guān)。

常規(guī)的導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法多是通過建立熱平衡方程估計(jì)導(dǎo)線溫度，或者在輸電導(dǎo)線上裝設(shè)溫度傳感器等其他測(cè)量裝置監(jiān)控導(dǎo)線溫度。然而目前基于熱平衡理論計(jì)算導(dǎo)線溫度的常規(guī)方法是假設(shè)導(dǎo)線溫度分布均勻，導(dǎo)線各點(diǎn)的溫度值相等，然而實(shí)際情況并非如此，因此，常規(guī)的導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)溫度的結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)常規(guī)的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，提供一種輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，以提高輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

一種輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法，包括以下步驟：

獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值。

一種輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

參數(shù)獲取模塊，用于獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

模型建立模塊，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

第一運(yùn)算模塊，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

第二運(yùn)算模塊，用于計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

溫度獲取模塊，用于根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值。

通過上述輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，檢測(cè)計(jì)算架空輸電導(dǎo)線徑向溫度的差異，能夠準(zhǔn)確獲取在不同載流量和氣象條件下的架空輸電導(dǎo)線不同層的溫度值，可以提高輸電線路安全運(yùn)行的穩(wěn)定性、提高架空輸電線路載流量和架空輸電線的輸送能力，實(shí)現(xiàn)輸電導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容，此外不需要在輸電線路上額外安裝測(cè)量溫度的裝置，確保對(duì)輸電導(dǎo)線溫度實(shí)現(xiàn)全線監(jiān)測(cè)，大大節(jié)省了監(jiān)測(cè)設(shè)備投資。

另外，還有必要針對(duì)常規(guī)的輸電導(dǎo)線的最大載流量檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，提供一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，以提高輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)方法，包括以下步驟：

獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值；

根據(jù)輸電導(dǎo)線的徑向溫度值，利用二分法原理計(jì)算輸電導(dǎo)線的最大允許載流量。

一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

參數(shù)獲取模塊，用于獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

模型建立模塊，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

第一運(yùn)算模塊，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

第二運(yùn)算模塊，用于計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

溫度獲取模塊，用于根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值；

最大載流量獲取模塊，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的徑向溫度值，利用二分法原理計(jì)算輸電導(dǎo)線的最大允許載流量。

通過上述輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，檢測(cè)計(jì)算架空輸電導(dǎo)線徑向溫度的差異，能夠準(zhǔn)確獲取在不同載流量和氣象條件下的架空輸電導(dǎo)線不同層的溫度值以及輸電導(dǎo)線最大允許載流量值，可以提高輸電線路安全運(yùn)行的穩(wěn)定性、提高架空輸電線路載流量和架空輸電線的輸送能力，實(shí)現(xiàn)輸電導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容，此外不需要在輸電線路上額外安裝測(cè)量溫度的裝置，確保對(duì)輸電導(dǎo)線溫度實(shí)現(xiàn)全線監(jiān)測(cè)，大大節(jié)省了監(jiān)測(cè)設(shè)備投資。

附圖說明

圖1為一個(gè)實(shí)施例的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法的流程圖；

圖2為另一個(gè)實(shí)施例的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法的流程圖；

圖3為一個(gè)實(shí)施例的JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到的導(dǎo)線有限元模型；

圖4為無光照條件下的JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線的溫度場(chǎng)分布圖；

圖5為有光照條件下的JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線的溫度場(chǎng)分布圖；

圖6為環(huán)境溫度為20℃時(shí)的JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線的溫度場(chǎng)分布圖；

圖7為環(huán)境溫度為30℃時(shí)的JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線的溫度場(chǎng)分布圖；

圖8為當(dāng)載流量達(dá)到586A時(shí)的JL/LB1A-300/50型輸電導(dǎo)線的溫度場(chǎng)分布圖；

圖9為一個(gè)實(shí)施例的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖10為另一個(gè)實(shí)施例的輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的行業(yè)用電需求預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)的具體實(shí)施方式作詳細(xì)描述。

參考圖1，圖1所示為一個(gè)實(shí)施例的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法的流程圖。

所述輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101，獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

S102，根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

S103，根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

S104，計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

S105，根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值。

通過上述輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法及其系統(tǒng)，檢測(cè)計(jì)算架空輸電導(dǎo)線徑向溫度的差異，能夠準(zhǔn)確獲取在不同載流量和氣象條件下的架空輸電導(dǎo)線不同層的溫度值，更能反應(yīng)實(shí)際情況，減小了誤差，可以提高輸電線路安全運(yùn)行的穩(wěn)定性、提高架空輸電線路載流量和架空輸電線的輸送能力，實(shí)現(xiàn)輸電導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容，此外不需要在輸電線路上額外安裝測(cè)量溫度的裝置，確保對(duì)輸電導(dǎo)線溫度實(shí)現(xiàn)全線監(jiān)測(cè)，大大節(jié)省了監(jiān)測(cè)設(shè)備投資。

其中，所述輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)包括：風(fēng)速、風(fēng)向因子、光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、導(dǎo)線表面空氣層的運(yùn)動(dòng)黏度以及導(dǎo)線表面空氣層的傳熱系數(shù)；

所述輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)包括鋼芯和鋁線的直徑、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率、電阻溫度系數(shù)以及導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)的載流量。

架空輸電導(dǎo)線周圍的氣象參數(shù)，包括風(fēng)速v_w(m/s)、風(fēng)向因子λ_a、光照強(qiáng)度E_S(W/m²)、環(huán)境溫度T_f(℃)、導(dǎo)線表面空氣層的運(yùn)動(dòng)黏度μ_f(m2/s)、導(dǎo)線表面空氣層的傳熱系數(shù)λ_m(W/m℃)等，上述氣象參數(shù)可由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的氣象系統(tǒng)獲得。

架空輸電導(dǎo)線的線路基本屬性參數(shù)包括鋼芯和鋁線的直徑D(mm)、導(dǎo)熱系數(shù)k(W/m℃)、電阻率ρ(Ω·mm²/m)，電阻溫度系數(shù)α_t(℃^-1)等，可由相關(guān)手冊(cè)查得。輸電導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)的載流量I(A)可從電網(wǎng)調(diào)度部門的相關(guān)系統(tǒng)獲得。

通過考慮了架空輸電導(dǎo)線不同股導(dǎo)線絲的溫度差異，能夠準(zhǔn)確求解在不同氣象條件和載流量下的架空輸電導(dǎo)線不同層的溫度值。不同氣象條件包括：光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、無風(fēng)、低風(fēng)速、高風(fēng)速等，這樣更能反應(yīng)實(shí)際情況，減小了誤差?？梢赃m應(yīng)于不同導(dǎo)線在不同工作環(huán)境條件下的徑向溫度場(chǎng)模擬計(jì)算。

在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的步驟包括：

建立導(dǎo)線在整個(gè)橫截面區(qū)域Ω內(nèi)的熱平衡方程：

初始條件：T|_τ＝0＝T₀

式中：λ為材料的熱導(dǎo)率；T為輸電導(dǎo)線的溫度；x，y為空間直角坐標(biāo)，x,y∈Ω；η₁、η₂分別為鋼芯和鋁線的單位體積發(fā)熱率；c為物質(zhì)的比熱容；ρ為物質(zhì)的密度；τ為時(shí)間；T₀為導(dǎo)線初始溫度。

建立導(dǎo)線邊界散熱平衡方程：

其中，q_n為外表面某一點(diǎn)的熱流密度矢量,即沿著導(dǎo)線外表面法線方向n的散熱率，a₁為對(duì)流散熱系數(shù)；T_w為導(dǎo)線表面溫度，T_f為導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度；q_r為鋼芯鋁絞線表面與周圍空氣之間輻射換熱熱流密度；s為導(dǎo)線外表面。

所述輸電導(dǎo)線在整個(gè)橫截面區(qū)域Ω內(nèi)的熱平衡方程為根據(jù)輸電導(dǎo)線內(nèi)各股絞線間以及絞線與空氣間隙的傳熱符合二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程建立。

輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量主要是由流過導(dǎo)線時(shí)電阻損耗電能所產(chǎn)生的熱量、以及導(dǎo)線吸收太陽光照的能量組成。導(dǎo)線的散熱量主要由對(duì)流散熱和輻射散熱所損失的熱量。

在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量的步驟包括：

計(jì)算輸電導(dǎo)線的電阻損耗產(chǎn)生的熱量Q_R：

Q_R＝I²R(W/m)

其中，R＝K_SR_dc＝K_Sρ[1+α_t(θ_W-20)]/S(Ω/m)，R、R_dc為導(dǎo)體的交、直流電阻；K_s為導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)；ρ為導(dǎo)體溫度為20℃的直流電阻率；α_t為20℃時(shí)電阻溫度系數(shù)；θ_W為導(dǎo)體的運(yùn)行溫度，S為導(dǎo)體的截面積，I為運(yùn)營(yíng)導(dǎo)線的載流量；其中導(dǎo)線交、直流電阻、集膚效應(yīng)系數(shù)、電阻溫度系數(shù)可從有關(guān)手冊(cè)中查的，運(yùn)營(yíng)導(dǎo)線的載流量可由電網(wǎng)調(diào)度部門獲得；

計(jì)算導(dǎo)線吸收太陽光照的熱量QS：

Q_S＝E_SC_SF_S＝E_SC_SD_S(W/m)

其中，E_S為太陽光照強(qiáng)度；C_S為導(dǎo)體對(duì)太陽照射熱量的吸收率；F_S為單位長(zhǎng)度輸電導(dǎo)線受太陽照射面積；D_S為導(dǎo)體外直徑，數(shù)值上等于F_S；

計(jì)算對(duì)流傳遞的散熱量QC：

其中，ρ_f為導(dǎo)線表面空氣的密度，D為導(dǎo)線的直徑，T_w為導(dǎo)線表面溫度，T_f為導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度；

在風(fēng)速低于預(yù)設(shè)風(fēng)速時(shí)，強(qiáng)制對(duì)流傳遞散熱量按以下公式計(jì)算：

式中：v_w為垂直于導(dǎo)線的風(fēng)速，μ_f為導(dǎo)線表面空氣層的運(yùn)動(dòng)黏度，其值為μ_f＝1.32×10^-5+7T_m×10^-5，T_m＝(T_w+T_f)/2，λ_m為溫度T_m時(shí)導(dǎo)線表面空氣層的傳熱系數(shù)，λ_a為風(fēng)向因子；

在風(fēng)速高于預(yù)設(shè)風(fēng)速時(shí)，強(qiáng)制對(duì)流傳遞散熱量按以下公式計(jì)算：

計(jì)算輻射傳遞的散熱量QR：

Q_R＝πDδε[(T_w+273)⁴-(T_f+273)⁴](W/m)

其中，δ為斯特凡-包爾茨曼常數(shù)，大小為5.67×10^-8w/m²；δ為導(dǎo)線發(fā)射率，T_w為導(dǎo)線表面溫度，T_f為導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度，A為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線散熱表面積。

由于架空輸電導(dǎo)線的鋼芯層和鋁線層由不同材料導(dǎo)線絲組成，導(dǎo)熱率不同，因此在計(jì)算架空輸電導(dǎo)線發(fā)熱率時(shí)需要把鋼芯鋁絞線分為鋼芯和鋁線兩部分分別計(jì)算，鋼芯的熱源主要為通電后的焦耳熱；而鋁線的熱源包括通電后的焦耳熱和日照作用在導(dǎo)線外表面的熱量。

在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)的步驟包括：

計(jì)算輸電導(dǎo)線的鋼芯單位體積的發(fā)熱率η₁為：

計(jì)算輸電導(dǎo)線的鋁線單位體積的發(fā)熱率η₂為：

其中，Q₁、Q₂為鋼芯、鋁線通電后的發(fā)熱量；V₁、V₂為鋼芯、鋁線單位長(zhǎng)度的體積，R₁、R₂為鋼芯、鋁線的電阻值；Q_S為鋁線吸收太陽光照射的熱量，E_S為光照強(qiáng)度；C_S為導(dǎo)線對(duì)光照的吸收率，D_S為架空線的直徑，I₁、I₂為鋼芯、鋁線并聯(lián)接入電路中的載流值；其比值為：

ρ₁、ρ₂分別為鋼芯和鋁線的電阻率，S₁、S₂為鋼芯和鋁線的截面積；

計(jì)算流散熱系數(shù)α₁為：

其中，Q_C為導(dǎo)線表面對(duì)流散熱量，A為單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線散熱面積，即為絞線側(cè)表面積，T_w為導(dǎo)線表面溫度，T_f為導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度；

計(jì)算輻射散熱系數(shù)α₂為：

其中，Q_R為輻射傳遞散熱量；

計(jì)算復(fù)合散熱系數(shù)α_con＝α₁+α₂。

根據(jù)步驟S101獲取的架空輸電導(dǎo)線周圍各個(gè)氣象參數(shù)和導(dǎo)線基本參數(shù)以及運(yùn)行載流量參數(shù)和步驟S102建立的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，按照步驟S103、S104分別計(jì)算導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量和導(dǎo)線的發(fā)熱率、散熱系數(shù)；

在根據(jù)步驟S102所述的輸電導(dǎo)線徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，利用有限元求解導(dǎo)線徑向溫度場(chǎng)，從而準(zhǔn)確計(jì)算出導(dǎo)線不同層的溫度值T(℃)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)方法，如圖2所示，其包括如上述步驟S101-S105所述的輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)方法，并且在獲取輸電導(dǎo)線的徑向溫度值之后，還包括以下步驟：

S106，根據(jù)輸電導(dǎo)線的徑向溫度值，利用二分法原理計(jì)算輸電導(dǎo)線的最大允許載流量。

最大允許載流量I_max(A)是指當(dāng)導(dǎo)線溫度達(dá)到最大長(zhǎng)期允許工作溫度時(shí)的載流量，在保證輸電導(dǎo)線運(yùn)行載流量不超過最大載流量的情況下，可以通過提高載流量來提高輸電容量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增容，提高線路輸電能力。當(dāng)輸電導(dǎo)線實(shí)際運(yùn)行載流量長(zhǎng)期超過最大允許載流量I_max時(shí)，會(huì)使得導(dǎo)線溫度過高，對(duì)導(dǎo)線絕緣層產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，而且還會(huì)使弧垂增加，給輸電線路帶來安全事故的隱患。因此最大允許載流量的確定對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。為了確保導(dǎo)線不同層的每股導(dǎo)線絲的安全運(yùn)行，以導(dǎo)線徑向溫度的最大值作為導(dǎo)線的最終溫度值T(℃)。

通過步驟S101～S105能方便、有效地求出輸電導(dǎo)線在不同環(huán)境條件和載流量下的導(dǎo)線徑向溫度，反過來，可以利用二分法原理求出輸電導(dǎo)線在最高長(zhǎng)期允許工作溫度T_max＝70℃的載流量，即最大允許載流量。

在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)輸電導(dǎo)線的徑向溫度值，利用二分法原理計(jì)算輸電導(dǎo)線的最大允許載流量的步驟包括：

計(jì)算獲取兩個(gè)載流量值I₁、I₂作為初始解區(qū)間，使其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線溫度T₁和T₂滿足T₁<T_max<T₂；其中，T_max為輸電導(dǎo)線長(zhǎng)期工作的最高溫度閾值，所述輸電導(dǎo)線的溫度與載流量的函數(shù)關(guān)系式：T＝f(I)，允許誤差為Pro；

取載流量解區(qū)間I₁和I₂的中間值I_m＝(I₁+I₂)/2，求出對(duì)應(yīng)的輸電導(dǎo)線溫度T_m＝f(I_m)；

若T₁<T_max<T_m，則以I₁和I_m作為新的解區(qū)間，取載流量I₁和I_m的中間值I_m1＝(I₁+I₂)/2，求解對(duì)應(yīng)的輸電導(dǎo)線溫度T_m1＝f(I_m1)，若T_m<T_max<T₂，則以I_m和I₂作為新的解區(qū)間；

判斷∣T-T_max∣<Pro，若是，則輸出此時(shí)的載流量為所述最大允許載流量；否則，重復(fù)二分法求解，直到所求溫度值符合所預(yù)設(shè)的允許誤差Pro為止。

本發(fā)明考慮了架空輸電導(dǎo)線不同層每股導(dǎo)線絲的溫度差異，以及架空輸電導(dǎo)線周圍可能存在的不同氣象條件，建立了輸電導(dǎo)線徑向溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型建立；通過對(duì)輸電導(dǎo)線發(fā)熱量和散熱量計(jì)算以及輸電導(dǎo)線發(fā)熱率和散熱系數(shù)的計(jì)算，利用有限元準(zhǔn)確求解在不同氣象條件和載流量下的架空輸電導(dǎo)線不同層的溫度值。不同氣象條件包括：光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、無風(fēng)、低風(fēng)、高風(fēng)、還有風(fēng)向等，這樣更能反應(yīng)實(shí)際情況，減小了誤差。該方法不需在輸電線路上額外安裝測(cè)量溫度的裝置，可以實(shí)現(xiàn)輸電線路的全線監(jiān)測(cè)，提高輸電運(yùn)行線路的安全性和穩(wěn)定性，大大節(jié)省了監(jiān)測(cè)設(shè)備投資?？梢赃m應(yīng)于不同導(dǎo)線在不同工作環(huán)境條件下的徑向溫度場(chǎng)模擬檢測(cè)。

同時(shí)本發(fā)明方法通過利用二分法原理求解輸電導(dǎo)線最大允許載流量，該方法在保證輸電導(dǎo)線運(yùn)行載流量不超過最大允許載流量的情況下，可以通過提高線路運(yùn)行載流量來動(dòng)態(tài)的提高架空輸電線路輸送容量、充分挖掘架空輸電線的輸送潛力，提高線路輸電能力，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

以JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線為例，導(dǎo)線幾何參數(shù)如下表1所示。建立JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線標(biāo)準(zhǔn)剖面幾何模型，并采用三角形實(shí)體單元對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到導(dǎo)線有限元模型如圖3所示。

表1 JL/LB1A-300/50型鋼芯鋁絞線幾何參數(shù)

首先輸入計(jì)算徑向溫度場(chǎng)的基本參數(shù)：導(dǎo)線的直流電阻R_dc＝0.0916Ω/km；鋼芯的電阻率ρ_s＝20×10^-8Ω/m；鋁絞線的電阻率ρ_a＝2.8×10^-8Ω/m；鋼芯材料導(dǎo)熱系數(shù)K₁＝80W/(m·℃)，鋁線材料導(dǎo)熱系數(shù)K₂＝237W/(m·℃)。導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)的交流電流I＝400A，并做以下假設(shè)：1)在有光照的條件下，假設(shè)光照強(qiáng)度S＝1000W/m²，太陽光由上到下垂直照射在導(dǎo)線上表面，光照邊界條件施加在鋁線的上半面。2)在有風(fēng)速的情況下，假設(shè)風(fēng)速大小為0.6m/s，風(fēng)向由左往右流動(dòng)，風(fēng)向δ＝30°。

按照本發(fā)明方法步驟S102～S105，計(jì)算所述導(dǎo)線在以下四種不同氣象條件下的徑向溫度分布，求出導(dǎo)線不同層不同股導(dǎo)線絲的具體溫度值，為保證整個(gè)導(dǎo)線每股導(dǎo)線絲的安全運(yùn)行，以導(dǎo)線層中溫度最大的值作為導(dǎo)線的最終溫度值。

(1)在無光照、自然對(duì)流、環(huán)境溫度為20℃條件下，本發(fā)明方法步驟S102～S105求出鋼芯和鋁線的單位體積發(fā)熱率以及復(fù)合散熱系數(shù)等參數(shù)。得到計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖4可知導(dǎo)線內(nèi)層鋼芯、外層鋼芯、內(nèi)層鋁線、外層鋁線最高溫度大約分別為42.434℃、42.434℃、45.008℃、44.364℃。導(dǎo)線最高溫度出現(xiàn)在內(nèi)層鋁線，為45.008℃；導(dǎo)線最低溫度出現(xiàn)在鋼芯層，為39.216℃。最高、最低溫度差大致為5.79℃。鋁線最高溫度與鋼芯最高溫度差為2.6℃。產(chǎn)生這種情況的主要原因有：1)鋁線的單位體積發(fā)熱率大于鋼芯的單位體積發(fā)熱率，故產(chǎn)生熱量相對(duì)較高，溫度也相對(duì)鋼芯較高；2)外層鋁線與空氣之間存在自然對(duì)流換熱，因此溫度要比內(nèi)層鋁線溫度稍低。

(2)在有光照、自然對(duì)流、環(huán)境溫度為20℃此條件下，按照本發(fā)明方法步驟S102～S105求出鋼芯和鋁線的單位體積發(fā)熱率以及復(fù)合散熱系數(shù)等參數(shù)。得到計(jì)算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知導(dǎo)線最高溫度為53.868℃，出現(xiàn)在外層鋁線上半邊受光照部分，最低溫度依然在內(nèi)層鋼芯，為46.347℃，導(dǎo)線最高溫度與最低溫度差為7.52℃，相對(duì)無光照時(shí)溫差增大了2.63℃。與無光照情況相比，有光照時(shí)導(dǎo)線最高溫度增加了8.86℃。產(chǎn)生這種情況的主要原因?yàn)椋?)在太陽光照射的情況下，導(dǎo)線受光照面吸收了太陽光傳遞的能量，使得導(dǎo)線發(fā)熱率增加，進(jìn)而升高了導(dǎo)線整體溫度。2)由于受光照直射的是外層鋁線上半部分，因此外層鋁線上半部分溫度要稍高于下層未受光照直射的部分。

(3)在有光照、強(qiáng)制對(duì)流、風(fēng)速大小為0.6m/s、環(huán)境溫度為20℃情況下，求得輸電導(dǎo)線徑向溫度場(chǎng)如圖6所示。根據(jù)圖6可知導(dǎo)線鋼芯、內(nèi)層鋁線最高溫度分別為40.535℃、43.353℃；外層鋁線受光照部分與不受光照部分最高溫度分別為45.281℃、43.353℃，最低與最高溫差為8.68℃。主要原因是由于風(fēng)的存在，故受風(fēng)面的溫度比非受風(fēng)面的溫度要低。同時(shí)與自然對(duì)流(風(fēng)速為零)的情況對(duì)比，強(qiáng)制對(duì)流(風(fēng)速不為零)在一定程度上降低了輸電導(dǎo)線的溫度，最高溫度降低了約7.58℃。

(4)在有光照、強(qiáng)制對(duì)流、風(fēng)速大小為0.6m/s、環(huán)境溫度為30℃情況下，求得輸電導(dǎo)線徑向溫度場(chǎng)如圖7所示。由圖7可知，導(dǎo)線徑向溫度分布規(guī)律與有光照、強(qiáng)制對(duì)流、環(huán)境溫度為20℃情況一致，但前者整體溫度較后者升高了9.52℃。歸其原因主要是因?yàn)榄h(huán)境溫度的升高使得導(dǎo)線的溫度整體增加，并且環(huán)境溫度每增加1℃，導(dǎo)線溫度大致增加0.952℃，環(huán)境溫度的增加大部分用于導(dǎo)線的升溫，小部分用于導(dǎo)線的散熱。

不同環(huán)境條件下的輸電導(dǎo)線溫度場(chǎng)仿真總結(jié)：

根據(jù)前面四組不同環(huán)境條件下的計(jì)算與分析，可以得到表2所示的結(jié)果。

表2 不同環(huán)境條件下的輸電導(dǎo)線溫度

注：√表示條件存在，×表示條件不存在

在環(huán)境溫度都為20℃的前三組中，其中第二組在有光照、自然對(duì)流情況下，輸電導(dǎo)線的溫度最高；在第一組無光照、有自然對(duì)流的情況下，輸電導(dǎo)線的溫度最低；有光照時(shí)比無光照時(shí)的溫度升高約8.86℃。此外，通過第2組和第3組仿真結(jié)果對(duì)比可以看出，強(qiáng)制對(duì)流情況下的導(dǎo)線溫度比自然對(duì)流下降約7.58℃；由第四組仿真結(jié)果可知，環(huán)境溫度的升高可以顯著增加導(dǎo)線的溫度。由四組計(jì)算結(jié)果可知輸電導(dǎo)線最低與最高溫度差高達(dá)5.792℃～8.68℃。

由此，光照、環(huán)境溫度為輸電導(dǎo)線溫度升高的兩個(gè)重要環(huán)境因素，較大的風(fēng)速(強(qiáng)制對(duì)流)對(duì)降低輸電導(dǎo)線的溫度有著明顯的作用，自然對(duì)流對(duì)輸電導(dǎo)線的溫度降低也有著微小的作用。

輸電導(dǎo)線最高溫度與載流量的關(guān)系：

使鋼芯鋁絞線的載流值從200A增加到650A，按照本發(fā)明方法步驟S2～S5求出鋼芯和鋁線的單位體積發(fā)熱率以及復(fù)合散熱系數(shù)等參數(shù)。導(dǎo)線運(yùn)行環(huán)境條件為：自然對(duì)流、有光照、環(huán)境溫度20℃。其計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 輸電導(dǎo)線在不同載流量時(shí)的最高溫度

從表3中的數(shù)據(jù)中可知，當(dāng)輸電導(dǎo)線的載流量較低時(shí)，隨著載流量的增加，溫度升高的幅度比較小；當(dāng)載流量較大時(shí)，隨著載流量的增大，導(dǎo)線的溫度呈非線性增長(zhǎng)且增長(zhǎng)速度加快。

最大允許載流量的求解：

按照本發(fā)明方法步驟S6二分法原理求得當(dāng)載流量達(dá)到586A時(shí)，輸電導(dǎo)線的溫度上升到最高允許長(zhǎng)期工作溫度70℃。此時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，導(dǎo)線最高與最低溫度差高達(dá)11.81℃，此時(shí)JL/LB1A-300/50型輸電導(dǎo)線的最大載流量為586A，因此在保證輸電導(dǎo)線運(yùn)行載流量不超過最大載流量的情況下，可以通過提高載流量來提高輸電容量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增容，提高線路輸電能力。當(dāng)輸電導(dǎo)線的載流量超出此值時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档洼d流量以保證輸電線路的安全運(yùn)行。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種輸電導(dǎo)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)，如圖9所示，包括：

參數(shù)獲取模塊110，用于獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

模型建立模塊120，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

第一運(yùn)算模塊130，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

第二運(yùn)算模塊140，用于計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

溫度獲取模塊150，用于根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種輸電導(dǎo)線最大載流量檢測(cè)系統(tǒng)，如圖10所示，包括：

參數(shù)獲取模塊210，用于獲取輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)；

模型建立模塊220，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，建立輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

第一運(yùn)算模塊230，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的環(huán)境氣象參數(shù)以及輸電導(dǎo)線的基本屬性參數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量和散熱量；

第二運(yùn)算模塊240，用于計(jì)算獲取輸電導(dǎo)線的發(fā)熱率和散熱系數(shù)；

溫度獲取模塊250，用于根據(jù)所輸電導(dǎo)線的徑向溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型、輸電導(dǎo)線的發(fā)熱量、散熱量、發(fā)熱率和散熱系數(shù)，計(jì)算輸電導(dǎo)線的徑向溫度值；

最大載流量獲取模塊260，用于根據(jù)輸電導(dǎo)線的徑向溫度值，利用二分法原理計(jì)算輸電導(dǎo)線的最大允許載流量。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。