[发明专利]一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法

权利要求书

1.一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定气象信息、覆冰厚度信息和架空线路详细信息，所述气象信息具体包括：实时温度t、最高气温t_max、最低气温t_min、平均气温t_av与覆冰产生的平均气温t_ice；覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度b；架空线路详细信息具体包括导线型号、该导线型号对应的弹性系数E、截面积A、外径D、单位长度质量q、各档档距l_i0、各档高差h_i0、各档高差角β_i0、各基直线塔上悬垂串的长度λ_i、垂向荷载G_i、架线时温度t₀、架线气温下初始水平应力σ₀₀；

步骤2、根据已知的气象信息，通过代表档距法计算模型确定初始水平应力，再由精确应力计算模型确定耐张塔段内每一档的实时应力值σ_i；

步骤3、由步骤2中确定的每个档距内导线的应力σ_i，确定各杆塔上所受不平衡张力ΔF_i；

步骤4、将每个档距内导线应力σ_i与其极限应力σ_lim进行比较，分等级进行导线预警；将每个杆塔上不平衡张力与其设计可承受不平衡张力ΔF_s进行比较，分等级进行杆塔不平衡力预警。

2.根据权利要求1所述一种覆冰输电线路薄弱环节预警方法，其特征在于，所述的步骤2根据已知的气象信息，通过代表档距法计算模型确定初始水平应力，再由精确应力计算模型确定耐张塔段内每一档的实时应力值σ_i，具体包括以下步骤：

步骤2-1、确定输电线路导线的极限应力σ_lim；所用公式为：

σlim=Tb×0.4A]]>

式中，T_b为导线的计算拉断力，A为导线的截面积；

步骤2-2、确定代表高差角β_r与代表档距l_r；所用公式分别为：

cosβr=Σ1n(li0/cosβi0)Σ1n(li0/cos2βi0)]]>

式中，β_r待求，为代表高差角，l_i0为第i档档距，β_i0为第i档高差角，i为从1到n的正整数，n为档数；

lr=1cosβrΣ1nli03cosβi0Σ1n(li0/cosβi0)]]>

式中，l_r待求，为代表档距，β_r为代表高差角，l_i0为第i档档距，β_i0为第i档高差角，i为从1到n的正整数，n为档数；

步骤2-3、通过代表档距法计算模型，利用架设电线时的气温t₀与输电线路导线的参数，确定最高气温t_max、最低气温t_min、平均气温t_av三种气象条件下各自的应力值，将应力值最接近水平应力设计值σ₀₀的计算状态所对应的气象条件作为精确应力计算模型的初始气象条件，以及下述步骤2-5中计算的末态气象条件；所述代表档距法计算模型如下：

σ02-Eγ22lr2cos3βr24σ022=σ01-Eγ12lr2cos3βr24σ012-αE(t2-t1)cosβr]]>

式中，数字1代表初始气象状态，数字2代表末端气象状态，t为温度，α为导线温度膨胀系数,E为输电线路导线的弹性系数，σ₀₁为初始态水平应力，σ₀₂为末态水平应力，l_γ为代表档距，β_γ为代表高差角，γ为比载，γ＝q*g/A，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积；

步骤2-4、再次通过代表档距法计算模型，利用架设电线时的气温t₀、覆冰产生的平均气温t_ice与输电线路导线的参数，确定不同覆冰厚度对应的导线总比载γ_b条件下的应力值，将应力值最接近极限σ_lim的计算状态所对应的气象条件作为下述步骤2-5中的初始气象条件；所述不同覆冰厚度对应的导线总比载γ_b计算公式为：

γb=9.81q+0.03b(b+D)A]]>

式中，q为导线的单位质量，D为导线的外径，b覆冰厚度，A为导线的截面积；

步骤2-5、利用步骤2-3所述的末态气象条件、步骤2-4所述的初始气象条件，并且设极限应力σ_lim为初始应力值，第三次使用代表档距法计算模型，求得初始水平应力值σ₀，并且将它作为精确应力计算模型的初始水平应力；

步骤2-6、根据所有已知的实时气象条件，运用精确应力计算模型求得耐张塔段内每一档的实时应力值σ_i；所述精确应力计算模型包括以下三个关系模型：

(1)档距增量Δl_i与水平应力σ_i间的关系模型：

Δli={[(γ0σ0)2-(γiσi)2]li02cos2βi024+(σi-σ0Ecosβi0)+α(t-t0)-Δhi2li0cos2βi0}×li0cos2βi0(1+γi2li02/8σi2)]]>

式中σ_i——待求值，为第i档在气温为t、比载为γ_i下的电线水平应力；i为从1到n的正整数，n为档数；

σ₀——初始水平应力值；

l_i0——第i档档距；

γ₀、γ_i——导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，γ₀为q*g/A，γ_i为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

Δl_i——待求值，第i档档距的l_i0的增量，具体为第i档档距比架线情况悬垂串处于中垂位置时档距的增长量；

Δh_i——待求值，第i档高差h_i0的增量，具体为第i档两端悬垂串偏斜后悬挂点间高差h_i0的变化量，右悬挂点高左悬挂点者h_i0及高差角β_i0为正值；

t、t₀——分别为实时温度和架线时气温；

α——导线温度膨胀系数；

E——导线弹性系数；

(2)第i档高差增量Δh_i与第i基塔悬挂点偏移δ_i间的关系模型：

Δhi=λ2-δi-12-λ2-δi2]]>

式中Δh_i——待求值，第i档高差h_i0的增量，i为从1到n的正整数，n为档数；

δ_i、δ_i-1—第i档两端第i-1基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；

λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0；

(3)第i基塔悬挂点偏移δ_i与水平应力间σ_i的关系模型：

σi+1={(Gi2A+γili02cosβi0+γ(i+1)l(i+1)02cosβ(i+1)0+σihi0li0)+σiδiλi2-δi2}÷(1δiλi2-δi2+h(i+1)0l(i+1)0)]]>

式中σ_i——待求值，为第i档在气温为t、比载为γ_i下的电线水平应力；i为从1到n的正整数，n为档数；

δ_i——δ_i＝δ_i-1+Δl_i；

A——导线的截面积；

γ_i——导线覆冰后比载，γ_i为q*g/A+0.03(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线的截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；

δ_i——第i档两端基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；

G_i、λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串的垂向荷载及长度，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0；

l_i0——第i档档距；

h_i0、h_(i+1)0——第i档和第i+1档高差，具体为悬垂串均处于中垂位置时，第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第i-1和第i+1基悬挂点间的高差，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值，现场测得；

β_i0——第i档高差角。