[发明专利]基于温度滞后相位特征的线路覆冰厚度预测方法

说明书

一种基于温度滞后相位特征的线路覆冰厚度预测方法，所述方法是通过基本的线路检测原理入手，通过搭建的仿真模型，针对于环境温度的变化情况以及覆冰厚度的不同进行研究，并探讨这些因素对于线路覆冰段与非覆冰段的温度差之间的影响，通过仿真数据拟合，得到基于滞后相位的线路覆冰厚度预估公式，并给出了基于此的覆冰检测判据。该方法经验证不仅误差小，而且基于滞后相位这一判据可以判断线路覆冰，所预测的覆冰厚度值误差较小，效果较好，误差校验为本发明所提出覆冰判据以及覆冰厚度预测公式的可行性提供了有力支撑，可以应用于实际运行中的OPPC输电线路覆冰监测。

技术领域

本发明涉及一种基于温度滞后相位特征的线路覆冰厚度预测方法，属于测量技术领域。

背景技术

输电线路覆冰会导致严重的覆冰事故，影响电力系统安全稳定运行的同时还会造成巨大的经济损失。在线监测输电线路的运行状态以判断线路是否覆冰，为线路的防冰和覆冰预警提供必要的决策支持，及时采取相应的措施来减小覆冰造成的危害显得尤为重要。

光纤复合相线(Optical Phase Conductor，OPPC)是一种新型的电力专用光缆，具有传输电能和传输光信号的作用。光纤传感技术通过检测传输光的特征量来实现对光纤的温度和应变等基本量的在线监测，该技术具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、检测距离长，无源等优点。有的学者已经分析了将光纤传感技术应用到输电线路覆冰在线监测中的可行性；一些学者也验证了线路在覆冰后利用光纤传感技术可以有效判断线路覆冰，导线温度变化会滞后于环境温度变化结论的正确性。在实际运行中，环境温度变化、风速和覆冰厚度等均是影响线路温度的非常重要的因素，目前对于监测过程中覆冰厚度、环境温度的变化情况关于对线路温度的影响程度研究均存在不足。目前研究中所设定的环境温度均以一次函数形式下降变化，不能完全模拟实际运行中环境的变化温度，且均未说明覆冰厚度对覆冰导线温度变化的影响。综上所述，现有研究均默认为环境温度随时间线性变化，与真实情况并不能很好地吻合，影响了对覆冰故障诊断特征量的充分挖掘，更未见到有关基于温度变化曲线相位的线路覆冰研究以及相关判据。

发明内容

本发明的要解决的问题是提出一种基于温度滞后相位特征的线路覆冰厚度预测方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案：

一种基于温度滞后相位特征的线路覆冰厚度预测方法，其覆冰厚度基于覆冰段温度与环境温度随时间周期性信号的相位差即滞后相位进行估算，该估算方法包括如下步骤：

步骤1：搭建覆冰工况下输电线路的温度场模型；

步骤2：根据仿真结果得到对于线路覆冰段和非覆冰段光纤温度变化与环境温度均值、环境温度波动幅值以及覆冰厚度间的关系；

步骤3：通过仿真得到不同覆冰厚度下覆冰段温度与环境温度随时间周期性信号的相位差，进行数据拟合；

步骤4：通过仿真实验对上述拟合公式进行校验，验证其准确度。

所述步骤1中包括如下具体步骤：

步骤1-1：分析实际情况下光纤复合相线(Optical Phase Conductor，OPPC)在运行时，覆冰段与未覆冰段的瞬时热平衡方程，分析影响覆冰段光纤温度变化的因素；

步骤1-2：根据型号OPPC-24B1-240/30的物理结构，结合上述瞬态热平衡方程，通过有限元仿真软件搭建模型，考虑到计算的快速性和准确性，在实际的物理模型基础上进行合理简化，相关仿真数据如表1所示；

表1

步骤1-3：为兼顾计算效率以及结果精确性，选择了四面体网格剖分，求解器模拟线路运行时长为48小时，计算结果收敛。

所述步骤2中包括如下具体步骤：