專利名稱：一種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)方法，具體講地涉及ー種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
IlOkV及以上的輸電線路中普遍采用雙地線。以往設(shè)計(jì)地線時(shí)選用兩根完全一祥的纜線，采用相同的接地方式，能均勻承擔(dān)短路電流和雷閃電擊。在雙地線系統(tǒng)中，引入的光纖復(fù)合架空地線(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire, OPWG)與普通分流地線的機(jī)電參數(shù)只能盡量接近，纜徑、自重、額定抗拉強(qiáng)度、彈性模量、線膨脹系數(shù)、直流電阻、熱容量等總有差異，有時(shí)還相互牽制。參數(shù)的不匹配導(dǎo)致二者分流不均，遭雷擊概率不等等問題。從運(yùn)行來看，由于原來線路的普通地線大都采用鍍鋅鋼絞線，而鍍鋅鋼絞線與 光纖復(fù)合架空地線的阻抗差別較大(約為光纖復(fù)合架空地線的2倍)，所以光纖復(fù)合架空地線的分流一般都大于另外一根分流地線，也更容易出現(xiàn)雷擊斷股現(xiàn)象。由于光纖復(fù)合架空地線兼有通信通道的作用，長(zhǎng)期分流過大或頻繁出現(xiàn)雷擊斷股現(xiàn)象，勢(shì)必影響到光纖復(fù)合架空地線的機(jī)電性能，最終導(dǎo)致無法安全、可靠運(yùn)行，進(jìn)而影響其通信功能，最終危及到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。隨著輸電線路不斷地向大容量、大高度、大檔距、特高壓方向發(fā)展，輸電線單相對(duì)地短路電流不斷増大，光纜更容易遭受雷擊，有必要對(duì)光纖復(fù)合架空地線防雷擊性能和雙地線分流問題進(jìn)行研究。光纖復(fù)合架空地線(Optical Fiber Composite OverheadGround Wire, OPWG)為具有電カ架空地線和光纖通信能力雙重功能的金屬光纜。光纖復(fù)合架空地線和地線的機(jī)械性能匹配需要重點(diǎn)關(guān)注弧垂的匹配。地線的弧垂由導(dǎo)線、地線間的安全距離決定，而光纖復(fù)合架空地線的弧垂要求和地線保持一致。但由于二者的結(jié)構(gòu)和材料存在差異，很難做到弧垂相等。其不匹配結(jié)果使光纖復(fù)合架空地線更易遭受雷擊，發(fā)生斷股現(xiàn)象。有必要深入研究它們的結(jié)構(gòu)差異，尋找解決機(jī)械性能匹配的方法。在接地方式上，光纖復(fù)合架空地線采用逐塔接地；地線在發(fā)電廠或變電所出口、入ロ端多采用逐塔接地方式，在中間段采用分段絕緣一點(diǎn)接地的方式。由于二者接地方式迥異，可能會(huì)影響到它們?cè)馐芾讚舻母怕?，使短路電流在兩根地線間進(jìn)行不均勻分配。通過模擬實(shí)驗(yàn)和理論分析，找到光纖復(fù)合架空地線易斷股的原因，解決分流不均的問題。目前光纖復(fù)合架空地線尚沒有統(tǒng)ー的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其集機(jī)電特性、熱穩(wěn)定和通信光纖的各種要求于一體，各參數(shù)之間相互制約。光纖復(fù)合架空地線的生產(chǎn)廠家由于設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)エ藝和制造設(shè)備的差異，其產(chǎn)品的參數(shù)各有偏重。這就導(dǎo)致即便是各個(gè)廠家的光纖復(fù)合架空地線參數(shù)均分別滿足要求，該產(chǎn)品的整體特性是否滿足線路工程的要求還必須通過設(shè)計(jì)人員進(jìn)行校驗(yàn)確認(rèn)。有必要研究綜合考慮各因素的光纖復(fù)合架空地線設(shè)計(jì)與選取原貝1J，規(guī)范光纖復(fù)合架空地線的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，達(dá)到優(yōu)化其機(jī)電性能和提高安全穩(wěn)定性的目的。光纖復(fù)合架空地線的電氣性能以短路電流容量和耐雷擊性能為主；機(jī)械性能以額定拉斷カ為主、結(jié)構(gòu)尺寸以外徑或橫截面積為主是光纖復(fù)合架空地線的三大特性。光纖復(fù)合架空地線與地線(Ground Wire, GW)匹配設(shè)計(jì)的目的就是優(yōu)化這三個(gè)性能,實(shí)現(xiàn)地線系統(tǒng)的安全運(yùn)行和通信數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸。這要求光纖復(fù)合架空地線具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以滿足各種環(huán)境下的受カ要求；要有足夠的熱容量以應(yīng)對(duì)短路電流引起的溫升；還要有良好的耐雷性能。這些技術(shù)指標(biāo)存在相互制約的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，協(xié)調(diào)各個(gè)指標(biāo)。目前，輸電線路地線系統(tǒng)通常采用光纖復(fù)合架空地線和普通地線的配合，但是光纖復(fù)合架空地線光纖復(fù)合架空地線與普通地線尚沒有統(tǒng)ー的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在雙地線系統(tǒng)中，引入的光纖復(fù)合架空地線與普通分流地線的機(jī)電參數(shù)只能盡量接近。由于光纖復(fù)合架空地線各參數(shù)之間相互制約，工程建設(shè)時(shí)如果沒有很好的進(jìn)行綜合分析與統(tǒng)ー設(shè)計(jì)，彼此之間的整體性能不能很好的匹配，容易產(chǎn)生光纖復(fù)合架空地線與普通地線之間分流不均、光纖復(fù)合架空地線遭雷擊概率増大等問題。如果光纜使用壽命按30年計(jì)算，由于雷擊斷股或短路故障的發(fā)生，就會(huì)大大降低光纖復(fù)合架空地線的使用壽命。因此有必要對(duì)光纖復(fù)合架空地線與普通分流地線設(shè)計(jì)與選取原則進(jìn)行研究。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供ー種光纖復(fù)合架空地線與分流地線匹配的設(shè)計(jì)方法，該方法有利于保障OPGW光纜運(yùn)行質(zhì)量，減少事故發(fā)生率，延長(zhǎng)光纜使用壽命，規(guī)范OPGW設(shè)計(jì)選型與工程建設(shè)，對(duì)保證電カ通信網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的ー種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟(I)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)與分流地線匹配度在匹配范圍內(nèi)且滿足線路設(shè)計(jì)要求的光纖復(fù)合架空地線；(2)優(yōu)化選型階段確定光纖復(fù)合架空地線按照優(yōu)化目標(biāo)排序并且核算熱效應(yīng)和工程中的動(dòng)態(tài)弧垂差值驗(yàn)證；(3)試驗(yàn)驗(yàn)證階段優(yōu)化目標(biāo)排序后的光纖復(fù)合架空地線進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(I)包括下述步驟①確定所述地線的電氣性能參數(shù)；所述電氣性能參數(shù)包括導(dǎo)電率、截面積、結(jié)構(gòu)、單絲直徑、線路的檔距、相線與地線間距、地線間距、短路電流設(shè)計(jì)值和導(dǎo)線電流設(shè)計(jì)值；②確定篩選光纖復(fù)合架空地線的基本依據(jù)；所述基本依據(jù)包括短路電流容量或線路短路電流最大溫升以及最大運(yùn)行張力；③設(shè)定所述光纖復(fù)合架空地線的單絲直徑和導(dǎo)電率的匹配范圍；④枚舉單絲直徑和導(dǎo)電率匹配范圍內(nèi)的光纖復(fù)合架空地線的各種組合；⑤計(jì)算所述光纖復(fù)合架空地線組合的靜態(tài)參數(shù)；⑥計(jì)算光纖復(fù)合架空地線與分流地線組合而成的地線系統(tǒng)的工程應(yīng)用參數(shù)，淘汰不符合線路工程應(yīng)用要求的光纖復(fù)合架空地線，篩選出與分流地線匹配的光纖復(fù)合架空地線； 所述工程應(yīng)用參數(shù)包括分流比、線路短路電流溫升和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的弧垂差值；⑦若需要繼續(xù)調(diào)節(jié)光纖復(fù)合架空地線的導(dǎo)電率匹配范圍，擴(kuò)大導(dǎo)電率的匹配范圍> +10%，重復(fù)進(jìn)行光纖復(fù)合架空地線枚舉和理論篩選；⑧若步驟③光纖復(fù)合架空地線單絲直徑和導(dǎo)電率的匹配范圍內(nèi)沒有與所述地線匹配的光纖復(fù)合架空地線，擴(kuò)大單絲直徑的匹配范圍為+6% +10%，重復(fù)進(jìn)行光纖復(fù)合架空地線的枚舉和理論篩選。本發(fā)明提供的ー種較優(yōu)選的技術(shù)方案是在進(jìn)行步驟①-⑧時(shí)遵循的原則為I、根據(jù)環(huán)境電磁影響、電流集膚效應(yīng)和熱傳遞因素計(jì)算光纖復(fù)合架空地線的短路電流容量；II、根據(jù)與地線之間的分流比和線路設(shè)計(jì)中的地線系統(tǒng)短路要求，檢驗(yàn)光纖復(fù)合架空地線所述短路電流溫升是否滿足設(shè)計(jì)的溫度；III、所述光纖復(fù)合架空地線結(jié)構(gòu)和各層單絲直徑配合緊實(shí)；
IV、所述單絲直徑的變化范圍取O. 05mm的整數(shù)倍；V、所述光纖復(fù)合架空地線最外層單絲直徑不小于鄰?fù)鈱?。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(2)包括下述步驟a、確定優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化目標(biāo)匹配度函數(shù)f(i)和匹配差函數(shù)D(i)；b、分別確定匹配的光纖復(fù)合架空地線短路電流容量和額定拉斷力的匹配差比重a和 b,且 a+b = I οC、計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)的匹配度函數(shù)值0(i)；d、所述優(yōu)化目標(biāo)匹配度函數(shù)值0(i)按降序排列，得出優(yōu)化目標(biāo)匹配度的優(yōu)化順序。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(2)中核算熱效應(yīng)由短路電流溫升驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)；所述短路電流溫升驗(yàn)證包括下述步驟i、載入t = O時(shí)刻的初始溫度；ii、將短路電流按指數(shù)分布分配法則分配在光纖復(fù)合架空地線各層；iii、計(jì)算t時(shí)刻光纖復(fù)合架空地線各層短路電流所產(chǎn)生的熱量、相鄰層傳遞的能量以及最外層能量散失，得出最后的能量散失；iv、計(jì)算t時(shí)刻能量散失后的光纖復(fù)合架空地線的溫度；V、時(shí)間變成t = t+At，返回步驟ii，直到時(shí)間t等于短路電流持續(xù)時(shí)間；vi、計(jì)算t = t+Λ t時(shí)刻光纖復(fù)合架空地線各層短路電流所產(chǎn)生的熱量、相鄰層傳遞的能量以及最外層能量散失，得出最后的能量散失；vii、計(jì)算t = t+Λ t時(shí)刻能量散失后的光纖復(fù)合架空地線的溫度；viii、時(shí)間變成t = t+Δ t,返回步驟vi,直至溫度達(dá)到穩(wěn)定值；ix、輸出溫度的穩(wěn)定值。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(2)中的動(dòng)態(tài)弧垂差值驗(yàn)證包括下述步驟I)通過優(yōu)化選型得到與地線匹配的M(M為自然數(shù))組光纖復(fù)合架空地線，使檔距和初始弧垂相同；2)判斷工程中光纖復(fù)合架空地線的平均運(yùn)行張力和安全系數(shù)是否滿足工程要求；不滿足要求的去掉，滿足要求的進(jìn)行下一步檢驗(yàn)；3)判斷工程中光纖復(fù)合架空地線與地線的弧垂差值X是否滿足工程要求；不滿足要求的去掉，滿足要求的進(jìn)行下一歩；4)在最大氣象條件下，挑選與地線弧垂差最小的光纖復(fù)合架空地線，所述與地線弧垂差最小的光纖復(fù)合架空地線即為與地線最匹配的光纖復(fù)合架空地線。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(3)中進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證包括下述步驟A、確定工程應(yīng)用的地理環(huán)境和氣象條件；B、根據(jù)工程要求設(shè)定電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求，確定試驗(yàn)驗(yàn)證方案；C、如果不滿足電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求(詳見DL/T 832-2003光纖復(fù)合架空地線)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)整光纖復(fù)合架空地線外層單絲直徑和導(dǎo)電率的措施重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并試驗(yàn)驗(yàn)證，直至滿足工程設(shè)計(jì)要求(在招標(biāo)時(shí)對(duì)參數(shù)有要求)。本發(fā)明提供的另ー較優(yōu)選的技術(shù)方案是所述工程應(yīng)用的地理環(huán)境和氣象條件包括如下情況如果為高雷暴日地區(qū)，考慮光纖復(fù)合架空地線的電氣性能；確定光纖復(fù)合架空地線的耐雷擊能量及判定要求(參見DL/T 832-2003光纖復(fù)合架空地線中8. 7. 2中雷擊試驗(yàn)驗(yàn)收要求)，對(duì)于特高壓工程選擇200C不斷股的驗(yàn)收判定，通過試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)產(chǎn)品是否滿足要求；如果為重覆冰地區(qū)，考慮光纖復(fù)合架空地線的機(jī)械性能；核定設(shè)計(jì)覆冰厚度，選擇合適的截面和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行設(shè)計(jì)覆冰厚度下的抗拉性能、應(yīng)カ應(yīng)變和風(fēng)振舞動(dòng)機(jī)械性能試驗(yàn)驗(yàn)證；如果為大跨越工程，考慮光纖復(fù)合架空地線的機(jī)械性能；在考慮抗拉強(qiáng)度、拉重比的同吋，進(jìn)行大跨越防振方案試驗(yàn)驗(yàn)證；對(duì)于地線系統(tǒng)接地方式或分流比的驗(yàn)證，則根據(jù)工程情況、線路情況和檔距情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證；如果為高污染地區(qū)、高寒地區(qū)和超長(zhǎng)站距應(yīng)用需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。ー種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法，涉及到的是兩種地線，ー種帶光纖的地線，ー種普通地線。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是I、本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法綜合考慮理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究成果，避免遺漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的0PGW，豐富OPGW的可選方案，同時(shí)避免盲目試驗(yàn)帶來的經(jīng)濟(jì)、成本浪費(fèi)，提高選型效率。2、本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法綜合考慮電氣性能匹配和機(jī)械性能匹配的因素，避免某ー參數(shù)設(shè)計(jì)不合理或缺乏考慮帶來的運(yùn)行安全隱患、保證電カ線路運(yùn)行安全可靠；同時(shí)在經(jīng)濟(jì)成本總和考慮下，提供更為可靠、合理的設(shè)計(jì)方案，節(jié)省成本投資。3、本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法綜合考慮地線系 統(tǒng)的短路分流比例，這綜合考慮地線系統(tǒng)的等效電路，根據(jù)線路兩端的OPGW較線路中間的OPGff具有更高的熱效應(yīng)、普通地線絕緣段內(nèi)的OPGW需承載更大的短路電流等研究結(jié)論，提出地線兩端和普通地線絕緣段內(nèi)的OPGW具有良好的電氣性能，線路中間檔、普通地線分流的檔內(nèi)可適當(dāng)降低OPGW電氣性能的設(shè)計(jì)理念，可用于在滿足線路安全、可靠、穩(wěn)定的條件下，在不同的檔內(nèi)選擇不同的OPGW光纜，節(jié)省經(jīng)濟(jì)投資。4、本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法綜合考慮工程應(yīng)用中各種環(huán)境對(duì)弧垂變化的影響，全面考慮了地線系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)，避免在線路投入運(yùn)行后因氣象條件變化造成線路故障。5、本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法綜合考慮趨膚效應(yīng)、熱傳遞等因素對(duì)短路電流分流溫升的影響，更精確的計(jì)算出OPGW的因短路造成的最大溫升，從何核算該溫升是否在OPGW正常運(yùn)行范圍內(nèi)，對(duì)保證OPGW長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供重要支撐。


圖I是本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法的流程圖；圖2是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的流程圖；圖3是本發(fā)明提供的優(yōu)化選型階段的流程圖；圖4是本發(fā)明提供的短路電流引起的溫升驗(yàn)證流程圖；圖5是本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)環(huán)境下弧垂驗(yàn)證的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。如圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的光纖復(fù)合架空地線(OPGW)和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法的流程圖。本發(fā)明針對(duì)已選定的普通地線，選擇與其匹配的光纖復(fù)合架空地線OPGW時(shí)，有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段、優(yōu)化選型階段和試驗(yàn)驗(yàn)證階段。下面對(duì)本發(fā)明方法的各個(gè)階段做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。(I)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)選出電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)與普通地線匹配度在一定范圍內(nèi)、且滿足線路設(shè)計(jì)要求的各種光纖復(fù)合架空地線OPGW組合。如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的流程圖，所述步驟⑴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段包括下述步驟①確定普通地線的電氣性能參數(shù)；電氣性能參數(shù)包括導(dǎo)電率、截面積、結(jié)構(gòu)和單絲直徑，作為OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)電率和直徑基本標(biāo)準(zhǔn)，確定線路的檔距、相線與地線間距、地線間距、短路電流設(shè)計(jì)值、導(dǎo)線電流設(shè)計(jì)值等參數(shù)；②明確OPGW的設(shè)計(jì)要求，包括短路電流容量或短路電流最大允許溫升及最大張力要求，作為篩選OPGW的基本依據(jù)；③設(shè)定OPGW單絲直徑、導(dǎo)電率的匹配范圍；④枚舉單絲直徑、導(dǎo)電率匹配范圍內(nèi)的所有OPGW的各種組合，包括包括各層單絲直徑相同或不同、各層導(dǎo)電率相同或不同，甚至光単元數(shù)量和位置不同等情況；⑤計(jì)算所有OPGW的靜態(tài)參數(shù)，包括阻抗、短路電流容量和張カ等參數(shù)，淘汰不符合線路設(shè)計(jì)要求的OPGW ；
⑥計(jì)算OPGW與地線組合而成的地線系統(tǒng)的工程應(yīng)用參數(shù)，包括分流比、線路短路電流溫升、相同環(huán)境下的弧垂的差值等，再次淘汰不符合線路工程應(yīng)用要求的0PGW，最終初步篩選出理論匹配的OPGW ；⑦若需要繼續(xù)調(diào)節(jié)OPGW的導(dǎo)電率匹配范圍，可進(jìn)ー步擴(kuò)大導(dǎo)電率的匹配范圍>+10%,重復(fù)進(jìn)行OPGW枚舉、理論篩選；⑧若步驟③設(shè)定的OPGW單絲直徑、導(dǎo)電率的匹配范圍內(nèi)沒有與之匹配的0PGW，即圖2中的k = 0，則需擴(kuò)大單絲直徑的匹配范圍+6% +10%，重復(fù)進(jìn)行OPGW枚舉、理論篩選。K是導(dǎo)電率和截面積在匹配設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，滿足短路電流容量、弧垂等要求的OPGW數(shù)量。進(jìn)行步驟①-⑧的關(guān)鍵原則如下I,OPGff短路電流容量計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮環(huán)境電磁影響、電流集膚效應(yīng)和熱傳遞等因素。II、檢驗(yàn)OPGW短路電流溫升是否滿足設(shè)計(jì)的溫度要求吋，應(yīng)根據(jù)與地線之間的分流比，結(jié)合線路設(shè)計(jì)中要求的地線系統(tǒng)短路電流溫升要求，進(jìn)行綜合考慮。III、OPGW結(jié)構(gòu)合理，各層單絲的直徑配合應(yīng)能夠緊實(shí)。IV、單絲直徑的變化范圍取為O. 05mm的整數(shù)倍。V、最外層單絲的直徑一般情況下不小于鄰?fù)鈱印?2)優(yōu)化選型階段優(yōu)化選型階段目標(biāo)是將理論設(shè)計(jì)中的多種OPGW按照優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行排序；并且核算熱效應(yīng)和工程中的動(dòng)態(tài)弧垂驗(yàn)證。如圖3所示，圖3是本發(fā)明提供的優(yōu)化選型階段的流程圖；所述步驟(2)的優(yōu)化選型階段包括下述步驟a、首先確定匹配優(yōu)化目標(biāo)、匹配優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)f(i)或匹配差函數(shù)D⑴，OPGW與地線匹配的參數(shù)包括電氣性能參數(shù)、機(jī)械性能參數(shù)，一般情況下各參數(shù)匹配情況不一致，即電氣性能參數(shù)最優(yōu)時(shí)機(jī)械性能參數(shù)不一定最優(yōu)，因此，需綜合權(quán)衡兩者之間的權(quán)重；b、對(duì)于電氣性能最終歸結(jié)為短路容量，機(jī)械性能歸結(jié)為額定拉斷力(ratedtensile strength, RTS)的匹配，地線系統(tǒng)的匹配度應(yīng)綜合考慮短路容量和RTS ;C、確定OPGW短路容量和RTS的匹配差比重，分別為a和b，其中a+b= I。對(duì)于重點(diǎn)考慮雷擊性能的線路，需增加雷擊當(dāng)量因素。計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)的匹配度函數(shù)值0(i)；d、將f(i)的函數(shù)值0(i)按降序排列，則即得到匹配優(yōu)化的順序。匹配優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式應(yīng)具有以下特點(diǎn)綜合體現(xiàn)電氣性能和機(jī)械性能匹配的程度；當(dāng)單個(gè)參數(shù)的匹配度均為I時(shí)綜合匹配值應(yīng)為1，或者匹配差為O。對(duì)于特點(diǎn)環(huán)境，電氣性能匹配和機(jī)械性能匹配的權(quán)重值有所區(qū)別。為此，提出以下匹配度和匹配差的函數(shù)表達(dá)式。匹配度公式f ⑴=B1XQ-匹配度(i)+a2XC_ 匹配度(i)+bXRTS_ 匹配度(i) <1> ；其中a1+a2+b = I ；
權(quán)利要求
1.ー種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)與分流地線匹配度在匹配范圍內(nèi)且滿足線路設(shè)計(jì)要求的光纖復(fù)合架空地線； (2)優(yōu)化選型階段確定光纖復(fù)合架空地線按照優(yōu)化目標(biāo)排序并且核算熱效應(yīng)和工程中的動(dòng)態(tài)弧垂差值驗(yàn)證； (3)試驗(yàn)驗(yàn)證階段優(yōu)化目標(biāo)排序后的光纖復(fù)合架空地線進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(I)包括下述步驟 ①確定所述地線的電氣性能參數(shù)；所述電氣性能參數(shù)包括導(dǎo)電率、截面積、結(jié)構(gòu)、單絲直徑、線路的檔距、相線與地線間距、地線間距、短路電流設(shè)計(jì)值和導(dǎo)線電流設(shè)計(jì)值； ②確定篩選光纖復(fù)合架空地線的基本依據(jù)；所述基本依據(jù)包括短路電流容量或線路短路電流最大溫升以及最大運(yùn)行張力； ③設(shè)定所述光纖復(fù)合架空地線的單絲直徑和導(dǎo)電率的匹配范圍； ④枚舉單絲直徑和導(dǎo)電率匹配范圍內(nèi)的光纖復(fù)合架空地線的各種組合； ⑤計(jì)算所述光纖復(fù)合架空地線組合的靜態(tài)參數(shù)； ⑥計(jì)算光纖復(fù)合架空地線與分流地線組合而成的地線系統(tǒng)的工程應(yīng)用參數(shù)，淘汰不符合線路工程應(yīng)用要求的光纖復(fù)合架空地線，篩選出與分流地線匹配的光纖復(fù)合架空地線； 所述工程應(yīng)用參數(shù)包括分流比、線路短路電流溫升和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的弧垂差值； ⑦若需要繼續(xù)調(diào)節(jié)光纖復(fù)合架空地線的導(dǎo)電率匹配范圍，擴(kuò)大導(dǎo)電率的匹配范圍>+10%,重復(fù)進(jìn)行光纖復(fù)合架空地線枚舉和理論篩選； ⑧若步驟③光纖復(fù)合架空地線單絲直徑和導(dǎo)電率的匹配范圍內(nèi)沒有與所述地線匹配的光纖復(fù)合架空地線，擴(kuò)大單絲直徑的匹配范圍為+6% +10%，重復(fù)進(jìn)行光纖復(fù)合架空地線的枚舉和理論篩選。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在進(jìn)行步驟①-⑧時(shí)遵循的原則為 I、根據(jù)環(huán)境電磁影響、電流集膚效應(yīng)和熱傳遞因素計(jì)算光纖復(fù)合架空地線的短路電流容量； II、根據(jù)與地線之間的分流比和線路設(shè)計(jì)中的地線系統(tǒng)短路要求，檢驗(yàn)光纖復(fù)合架空地線所述短路電流溫升是否滿足設(shè)計(jì)的溫度； III、所述光纖復(fù)合架空地線結(jié)構(gòu)和各層單絲直徑配合緊實(shí)； IV、所述單絲直徑的變化范圍取O.05mm的整數(shù)倍； V、所述光纖復(fù)合架空地線最外層單絲直徑不小于鄰?fù)鈱印?br> 4.如權(quán)利要求I所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)包括下述步驟 a、確定優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化目標(biāo)匹配度函數(shù)f(i)和匹配差函數(shù)D(i)； b、分別確定匹配的光纖復(fù)合架空地線短路電流容量和額定拉斷力的匹配差比重a和b，且 a+b = I ο C、計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)的匹配度函數(shù)值0(i)； d、所述優(yōu)化目標(biāo)匹配度函數(shù)值0(i)按降序排列，得出優(yōu)化目標(biāo)匹配度的優(yōu)化順序。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中核算熱效應(yīng)由短路電流溫升驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)；所述短路電流溫升驗(yàn)證包括下述步驟i、載入t= O時(shí)刻的初始溫度； ii、將短路電流按指數(shù)分布分配法則分配在光纖復(fù)合架空地線各層； iii、計(jì)算t時(shí)刻光纖復(fù)合架空地線各層短路電流所產(chǎn)生的熱量、相鄰層傳遞的能量以及最外層能量散失，得出最后的能量散失； iv、計(jì)算t時(shí)刻能量散失后的光纖復(fù)合架空地線的溫度； V、時(shí)間變成t = t+At，返回步驟ii，直到時(shí)間t等于短路電流持續(xù)時(shí)間； vi、計(jì)算t= t+Λ t時(shí)刻光纖復(fù)合架空地線各層短路電流所產(chǎn)生的熱量、相鄰層傳遞的能量以及最外層能量散失，得出最后的能量散失； vii、計(jì)算t= t+At時(shí)刻能量散失后的光纖復(fù)合架空地線的溫度； viii、時(shí)間變成t= t+At,返回步驟vi,直至溫度達(dá)到穩(wěn)定值； ix、輸出溫度的穩(wěn)定值。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(2)中的動(dòng)態(tài)弧垂差值驗(yàn)證包括下述步驟 1)通過優(yōu)化選型得到與地線匹配的M組光纖復(fù)合架空地線，使檔距和初始弧垂相同； 2)判斷工程中光纖復(fù)合架空地線的平均運(yùn)行張力和安全系數(shù)是否滿足工程要求；不滿足要求的去掉，滿足工程要求的進(jìn)行下一步檢驗(yàn)； 3)判斷工程中光纖復(fù)合架空地線與地線的弧垂差值是否滿足工程要求；不滿足要求的去掉，滿足要求的進(jìn)行下一歩； 4)根據(jù)工程應(yīng)用環(huán)境，在當(dāng)?shù)刈畲蟾脖穸群惋L(fēng)カ條件下，挑選與地線弧垂差值最小的光纖復(fù)合架空地線，所述與地線弧垂差最小的光纖復(fù)合架空地線即為與地線最匹配的光纖復(fù)合架空地線。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(3)中進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證包括下述步驟 A、確定工程應(yīng)用的地理環(huán)境和氣象條件； B、根據(jù)工程要求設(shè)定電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求，確定試驗(yàn)驗(yàn)證方案； C、如果不滿足電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)整光纖復(fù)合架空地線外層單絲直徑和導(dǎo)電率的措施重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并試驗(yàn)驗(yàn)證，直至滿足工程設(shè)計(jì)要求。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述工程應(yīng)用的地理環(huán)境和氣象條件包括如下情況 如果為高雷暴日地區(qū)，考慮光纖復(fù)合架空地線的電氣性能；確定光纖復(fù)合架空地線的耐雷擊能量及判定要求，對(duì)于特高壓工程選擇200C不斷股的驗(yàn)收判定，通過試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)產(chǎn)品是否滿足要求； 如果為重覆冰地區(qū)，考慮光纖復(fù)合架空地線的機(jī)械性能；核定設(shè)計(jì)覆冰厚度，選擇合適的截面和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行設(shè)計(jì)覆冰厚度下的抗拉性能、應(yīng)カ應(yīng)變和風(fēng)振舞動(dòng)機(jī)械性能試驗(yàn)驗(yàn)證； 如果為大跨越工程，考慮光纖復(fù)合架空地線的機(jī)械性能；在考慮抗拉強(qiáng)度、拉重比的同吋，進(jìn)行大跨越防振方案試驗(yàn)驗(yàn)證； 對(duì)于地線系統(tǒng)接地方式或分流比的驗(yàn)證，則根據(jù)工程情況、線路情況和檔距情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證；如果為高污染地區(qū)、高寒地區(qū)和超長(zhǎng)站距應(yīng)用需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖復(fù)合架空地線和普通地線匹配的設(shè)計(jì)方法。該方法包括下述步驟(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定電氣性能參數(shù)和機(jī)械性能參數(shù)與分流地線匹配度在匹配范圍內(nèi)且滿足線路設(shè)計(jì)要求的光纖復(fù)合架空地線；(2)優(yōu)化選型階段確定光纖復(fù)合架空地線按照優(yōu)化目標(biāo)排序并且核算熱效應(yīng)和工程中的動(dòng)態(tài)弧垂差值驗(yàn)證；(3)試驗(yàn)驗(yàn)證階段優(yōu)化目標(biāo)排序后的光纖復(fù)合架空地線進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。本發(fā)明提供的方法有利于保障OPGW光纜運(yùn)行質(zhì)量，減少事故發(fā)生率，延長(zhǎng)光纜使用壽命，規(guī)范OPGW設(shè)計(jì)選型與工程建設(shè)，對(duì)保證電力通信網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
文檔編號(hào)H02G1/02GK102684105SQ20121012055
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者丁慧霞, 戚力彥, 滕玲, 陳希 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院