基于多元物理量数学模型的输电线路覆冰预测方法

摘要

一种基于多元物理量数学模型的输电线路覆冰预测方法，包括如下步骤：(1)获取当前时刻的温湿度及风力气象参数；(2)分别判断当前各气象数据是否满足覆冰条件，温度-8～0℃，湿度90％RH以上，风速2～7m/s，若满足条件则转到(3)，否则进入下一次采样周期，即回到(1)；(3)通过张力传感器获得的数据值与初始值做比较，若说明导线有覆冰，转到步骤(4)，否则返回到(1)；(4)通过地面终端获取当前环境气压值，计算覆冰厚度b；(5)通过覆冰厚度，温湿度等参数计算任意时刻t_i导线的综合比载；(6)通过综合比载得到档距端点处的轴向应力σ_x，令σ_x＝σ_max，计算断裂剩余时间t，通过终端发出预警。本发明实现有效监测、准确性良好。

主权项

一种基于多元物理量数学模型的输电线路覆冰预测方法，其特征在于：所述预测方法包括如下步骤：(1)采用温湿度传感器、风力传感器获取当前时刻的温湿度及风力气象参数；(2)分别判断当前各气象数据是否满足覆冰条件，即：温度‑8～0℃，湿度90％RH以上，风速2～7m/s，若满足条件则转到(3)，否则进入下一次采样周期，即返回到(1)；(3)通过张力传感器获得的数据值与初始值做比较，若说明导线有覆冰，转到步骤(4)，否则返回到(1)；(4)通过地面终端获取当前环境气压值，计算覆冰厚度r，计算公式如下：$r={\int }_0^{t_i}f(t,T,V,p)\mathrm{dt}---\left(13\right)$单位覆冰厚度Δr表示为：$\mathrm{\Delta r}=\frac{t\sqrt{{\left(\mathrm{VW}\right)}^2+{\left({\mathrm{P\rho }}_0\right)}^2}}{{\rho }_i\pi }---\left(7\right)$其中，V是风速,单位为m/s，W是空气中的液态水含量，单位为g/m³，P是降雨强度，单位为mm/h，ρ₀是水的密度，单位为g/cm³，ρ_i是该处覆冰的密度，单位为g/cm³，t是降雨时间，单位为s；在具体运算时需要将各单位换算成国际标准单位，所以计算结果Δr的单位为m；W＝aP^b，其中a，b是常数，将降雨强度P与湿度转换，P满足如下关系：$P=\frac{1}{{\rho }_{0}g}{\int }_0^{p_{z_0}}\mathrm{qdp}---\left(8\right)$其中，q为比湿，p为气压，单位是MPa，ρ₀是水的密度，单位是g/cm³，g为重力加速度，单位是m/s²，为地面气压，单位是MPa；比湿q根据水汽压e，单位是hPa计算出来，它和水汽压的关系为：$q=\frac{\mathrm{ϵe}}{p-(1-ϵ)e}---\left(9\right)$式中，μ_v，μ_d分别为水汽和干空气的平均摩尔质量；采用湿度传感器得到的湿度值是一个相对湿度，其表达式为：$f=\frac{e}{E}\times 100\%---\left(10\right)$其中，E为同一温度下的饱和水汽压，单位是hPa；结合公式(7)‑(10)，得到单位覆冰厚度Δr关于时间t、温度T、风速V和气压p的表达式：Δr＝f(t,T,V,p)   (11)将公式(11)转化为微分形式，两边积分可得到公式(13)；(5)通过覆冰厚度和温湿度计算任意时刻t_i导线的综合比载g₅，计算公式为：$g_5=\sqrt{{g_3}^2+{g_4}^2}---\left(20\right)$其中，g₄为水平比载，g₃为垂直比载；$g_3=g_1+g_2=\frac{\mathrm{gw}}{A}+\frac{{\mathrm{g\rho }}_i\mathrm{\pi b}({2r}_0+b)\times {10}^{-3}}{A}---\left(17\right)$其中，g₁为导线比载，g₂为覆冰比载，g为重力加速度，w为导线覆冰前的单位长度质量，单位是kg/m，ρ_i是该处覆冰的密度，单位是g/cm³，r₀为导线的半径，单位是mm，A为导线横截面积，单位是mm²；$\begin{array}{c}{g}_4=0.6128K_z\mathrm{\alpha C}({2r}_0+2b)\frac{V_2}{A}\times {10}^{-3}\\ =1.2256K_z\mathrm{\alpha C}(r_0+b)\frac{V^2}{A}\times {10}^{-3}\end{array}---\left(19\right)$其中，K_z是风压高度变化系数，α是风速不均匀系数，C是风载体型系数；(6)通过综合比载g₅得到电力线档距端点处的轴向应力σ_x，令σ_x＝σ_max，计算断裂剩余时间t，并发出预警信号。