本發(fā)明涉及一種計算覆冰輸電線除冰正常服役可靠度的方法，屬于覆冰輸電線安全除冰。

背景技術(shù)：

1、在冷溫帶氣候或高海拔地區(qū)，輸電線路經(jīng)常會遭遇冰雪覆蓋的情況。覆冰會對輸電線產(chǎn)生多種負(fù)面影響，包括增加線路負(fù)荷、導(dǎo)致線路搖擺和振動，甚至可能引起線路斷裂和電力系統(tǒng)的故障。因此，為了確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性，有效的除冰措施對輸電網(wǎng)絡(luò)尤為重要。

2、目前，有多種輸電線除冰技術(shù)被廣泛使用，如熱線融冰、機(jī)械破冰、化學(xué)涂料以及借助機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行除冰。這些技術(shù)各有優(yōu)劣，但普遍存在無法實時準(zhǔn)確評估除冰效果的問題。除冰完成后，線路的服役能力往往需要通過人工檢查或者基于經(jīng)驗的假設(shè)來判定，這帶來了一定的不確定性和風(fēng)險。隨著電力系統(tǒng)向智能化、自動化方向發(fā)展，對輸電線路的運行維護(hù)提出了更高的要求。覆冰輸電線的服役可靠度成為保障電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵因素之一。盡管現(xiàn)有技術(shù)能夠在一定程度上解決輸電線覆冰問題，但缺乏一種準(zhǔn)確度高、實時性強(qiáng)的覆冰輸電線除冰效果及正常服役期間的可靠度評估方法。如何量化經(jīng)過除冰處理后輸電線正常服役可靠度，成為了一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種計算覆冰輸電線除冰正常服役可靠度的方法，本發(fā)明能夠精確計算出除冰后的輸電線運行可靠度，提高了輸電線路在惡劣天氣條件下的安全性和可靠性，而且本發(fā)明能夠為電力系統(tǒng)管理提供科學(xué)、實時的數(shù)據(jù)支持，有助于智能電網(wǎng)的優(yōu)化管理和風(fēng)險預(yù)防。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種計算覆冰輸電線除冰正常服役可靠度的方法其特征在于包括以下步驟：

3、s1、確定輸電線覆冰厚度截尾概率分布：輸電線線路自然覆冰且無人為干預(yù)輸電線覆冰過程情況下，設(shè)輸電線覆冰厚度d的概率密度函數(shù)為fd(d)，輸電線覆冰厚度累積分布函數(shù)為fd(d)，輸電線覆冰厚度的取值下限大于0mm；當(dāng)人為干預(yù)輸電線覆冰時，引入閾值除冰機(jī)制，覆冰厚度出現(xiàn)上界dice；將0mm和dice分別作為覆冰厚度截尾隨機(jī)變量dt的左截尾點和右截尾點，基于覆冰厚度d的原始概率分布得到輸電線覆冰厚度截尾概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)，fdt(d)和fdt(d)分別度累為：

4、

5、s2、計算覆冰輸電線除冰完成度系數(shù)：根據(jù)多次除冰操作對輸電線造成的損傷和輸電線在服役期承載力衰減狀態(tài)，建立除冰完成度系數(shù)κ；

6、s3、確定輸電線正常服役功能函數(shù)：輸電線弧垂最低點的最大張力不超過輸電線拉斷力的60％，輸電線懸掛點的張力大于輸電線弧垂最低點的張力，將懸掛點的最大張力比弧垂最低點的張力提高10％，即輸電線懸掛點的最大張力不超過輸電線拉斷力的66％；然后根據(jù)輸電線弧垂最低點的最大張力和輸電線懸掛點的最大張力得到輸電線正常服役的功能函數(shù)為：

7、z＝r-s＝z(d,v,h,a)＝κkeha-σ′xa????????(2)

8、式中，r是導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度，s是荷載效應(yīng)；κ為除冰完成度系數(shù)，ke是輸電線安全運行張力限值系數(shù)，h是導(dǎo)線的材料屈服強(qiáng)度，a是導(dǎo)線橫截面面積，σ′x為輸電線軸向應(yīng)力，σ′xa代表導(dǎo)線上張力t，v是風(fēng)速，d是輸電線覆冰厚度隨機(jī)變量；

9、s4、計算輸電線應(yīng)力：架空輸電線是采用多股細(xì)金屬線構(gòu)成的絞合線，在風(fēng)荷載作用下輸電線發(fā)生風(fēng)偏，此時懸掛在兩基桿塔間的架空線的懸鏈線形狀方程y(x)如下：

10、

11、其中：

12、

13、式中，γh和γv分別為水平和垂直比載，γ′為風(fēng)偏平面內(nèi)沿架空線線長作用的均布比載，h′為風(fēng)偏平面高差，β′為風(fēng)偏平面高差角，σ0′為風(fēng)偏平面最低點軸向應(yīng)力；

14、其中：

15、

16、h′＝h?cosη??????(6d)

17、

18、式中，q為輸電線單位長度質(zhì)量，a為輸電線截面面積，g為重力加速度，d為覆冰厚度，c為輸電線外徑；βc為輸電線風(fēng)載調(diào)整系數(shù)，αf為風(fēng)速不均勻系數(shù)，μsc為架空線的體形系數(shù)，θ為風(fēng)向與線路方向的夾角，σ0為輸電線的使用應(yīng)力，β為高差角，η風(fēng)偏角，h是高差，l是檔距；

19、風(fēng)偏平面內(nèi)任一點的軸向應(yīng)力為：

20、

21、將式(5)和式(6)代入式(7)，得到σ′x關(guān)于變量d和v的函數(shù)表達(dá)式：

22、σ′x＝gx(d,v)????????(8)

23、將式(8)代入式(2)，得到輸電線正常服役的功能函數(shù)為：

24、z＝r-s＝z(d,v,h,a)＝κkeha-gx(d,v)a????????(9)

25、式中，r是導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度，s是荷載效應(yīng)；κ為除冰完成度系數(shù)，ke是輸電線安全運行張力限值系數(shù)，h是導(dǎo)線的材料屈服強(qiáng)度，a是導(dǎo)線橫截面面積，gx(·)為輸電線軸向應(yīng)力關(guān)于d和v的函數(shù)；

26、s5、計算可靠度和失效概率，具體步驟如下：

27、(1)非正態(tài)隨機(jī)變量進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化：將覆冰厚度d和風(fēng)速v這兩個非正態(tài)隨機(jī)變量進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化，同時將覆冰厚度d的概率分布和概率密度函數(shù)采用截尾隨機(jī)變量dt的分布函數(shù)和概率密度函數(shù)，即有：

28、

29、式中，d′和v′分別為覆冰厚度dt和風(fēng)速v的當(dāng)量正態(tài)化變量，為設(shè)計點坐標(biāo)；

30、其中，

31、

32、(2)計算靈敏度：通過taylor級數(shù)展開近似計算原始功能函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，靈敏度αx的分量用如下公式計算：

33、

34、式中，近似功能函數(shù)zx為在設(shè)計點x*處將式(9)的功能函數(shù)z按taylor級數(shù)展開并取至一次項；為隨機(jī)變量xi的標(biāo)準(zhǔn)差；

35、(3)計算近似功能函數(shù)zx的均值和標(biāo)準(zhǔn)差：通過當(dāng)量正態(tài)化后，基于正態(tài)分布的特性，計算近似功能函數(shù)zx的均值和標(biāo)準(zhǔn)差計算式如下：

36、

37、式中，μx為隨機(jī)變量均值向量，σx為隨機(jī)變量標(biāo)準(zhǔn)差向量，αx為靈敏度向量；

38、(4)計算可靠指標(biāo)：zx是相互獨立正態(tài)分布隨機(jī)變量的線性組合，同樣服從正態(tài)分布，可靠指標(biāo)βice通過下式計算：

39、

40、然后進(jìn)行迭代計算，設(shè)計點迭代采用如下公式：

41、

42、式中，為隨機(jī)變量xi的均值；

43、根據(jù)一次二階矩方法隨機(jī)變量有完整的分布的要求，對于覆冰厚度截尾分布變量dt，在迭代過程中的設(shè)計點坐標(biāo)落在允許區(qū)間外時，采用就近拉回的方法修正設(shè)計點迭代公式(15)中的覆冰厚度分量dt，將其修正到允許的區(qū)間內(nèi)，修正公式如下：

44、

45、(5)計算失效概率：根據(jù)可靠指標(biāo)βice，計算失效概率pf，計算公式如下：

46、pf＝φ(-βice)????????(17)

47、式中，φ(·)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。

48、而且，步驟s2中除冰完成度系數(shù)κ的表達(dá)式由兩部分組成，第一部分是由除冰歷程材料損傷導(dǎo)致的承載力降低，定義為除冰損傷系數(shù)κ1，第二部分是由服役過程材料損傷導(dǎo)致的承載力降低，定義為除冰損傷系數(shù)κ2；

49、κ1和κ2的表達(dá)式如下：

50、

51、式中，0<κ1≤1；n為服役周期中第n次除冰，m為通過熱力實驗或機(jī)械敲擊實驗獲取的輸電線滿足繼續(xù)服役能力的最大實驗次數(shù)；κa為常數(shù)，由m決定；

52、

53、式中，0<κ2≤1；i為服役年度，j為規(guī)定服役年限；κb為常數(shù)，由j決定；

54、根據(jù)κ1和κ2得到，κ＝κ1κ2。

55、而且，在步驟s3和s4中，輸電線線安全運行張力限值系數(shù)ke在輸電線弧垂最低點取60％，在輸電線懸掛點取66％。

56、而且，步驟s4中，將x＝0和x＝l分別代入和式σ′x＝gx(d,v)得到懸掛點處導(dǎo)線軸向應(yīng)力為：

57、

58、式中，β為高差角，l是檔距，h是高差，η是風(fēng)偏角。

59、而且，步驟s4中，輸電線高度最高處和鐵塔相連點為輸電線懸掛點；l為檔距，當(dāng)輸電線弧垂最低點位置在檔內(nèi)，即0≤x≤l時，根據(jù)公式對x求導(dǎo)數(shù)，然后通過尋找最小值的方式得到檔內(nèi)輸電線弧垂最低點的坐標(biāo)點；當(dāng)輸電線弧垂最低點在檔外，即x<0或x>l時，取高度最低點為輸電線弧垂最低點。

60、根據(jù)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種計算覆冰輸電線除冰正常服役可靠度的方法通過確定輸電線覆冰厚度截尾概率分布、計算覆冰輸電線除冰完成度系數(shù)、確定輸電線正常服役功能函數(shù)、計算輸電線應(yīng)力和計算可靠度和失效概率，全面簡潔地建立覆冰輸電線除冰時的可靠度，為覆冰輸電線正常服役提供基于概率的評價指標(biāo)，提高了輸電線路在惡劣天氣條件下的安全性和可靠性。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

61、(1)因為本發(fā)明所采用的技術(shù)方案通過確定輸電線覆冰厚度截尾概率分布，準(zhǔn)確反映實際線路的覆冰情況，所以本發(fā)明能夠更準(zhǔn)確地指導(dǎo)除冰操作，確保輸電線路在惡劣天氣條件下的安全運行。

62、(2)因為本發(fā)明所采用的技術(shù)方案通過計算覆冰輸電線除冰完成度系數(shù)，提供了一種定量化衡量除冰效果的手段，所以本發(fā)明能夠改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中對線路狀態(tài)評估的不足，為電力系統(tǒng)管理和維護(hù)提供了更為精確的數(shù)據(jù)支持。

63、(3)因為本發(fā)明所采用的技術(shù)方案通過計算輸電線應(yīng)力及其可靠度和失效概率，減少了因覆冰引起的線路故障，所以本發(fā)明能夠在不過度維護(hù)的前提下確保輸電線路的安全和可靠運行，避免了無謂的維護(hù)支出，同時減少了因線路事故可能導(dǎo)致的損失，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。