基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法
【專利摘要】基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，涉及覆冰導(dǎo)線的融冰技術(shù)。它為了解決現(xiàn)有的融冰功率與融冰電流計(jì)算方法誤差較大，導(dǎo)致工程應(yīng)用性不強(qiáng)的問題。本發(fā)明所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法首先建立融冰功率三角形，把融冰所需功率P等效為覆冰吸收功率Pr和其它各項(xiàng)熱損失功率Ps之和，然后計(jì)算不同設(shè)定融冰時間下融冰功率，進(jìn)而計(jì)算出融冰電流。該方法能夠精度較高地描述出融冰功率P與覆冰參數(shù)的關(guān)系，參數(shù)計(jì)算簡單，計(jì)算誤差小于10％，工程應(yīng)用性較強(qiáng)。本發(fā)明適用于覆冰導(dǎo)線的融冰防冰。
【專利說明】基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及覆冰導(dǎo)線的融冰技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)覆冰導(dǎo)致的電力事故近年來在我國和世界范圍內(nèi)頻繁發(fā)生。目前應(yīng)用于電網(wǎng) 架空電力線路融冰最有效和常用的融冰方法是焦耳熱效應(yīng)融冰法。包括交流短路融冰、直 流短路融冰、調(diào)整負(fù)荷融冰、電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移融冰、電容補(bǔ)償電感調(diào)負(fù)融冰、并聯(lián)電容補(bǔ)償融 冰、高頻融冰等。焦耳熱效應(yīng)融冰基本原理是利用大電流通過覆冰電力線路產(chǎn)生的焦耳熱 效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線升溫融化覆冰的功能。工程實(shí)際應(yīng)用技術(shù)可行的是交流短路融冰、直流短路 融冰、電容補(bǔ)償電感調(diào)負(fù)融冰和并聯(lián)電容補(bǔ)償融冰。無論采用何種焦耳熱融冰技術(shù)，都需解 決一下幾個關(guān)鍵問題：（1)在氣象條件和覆冰電力線路參數(shù)既定的條件下，融冰電流如何 選擇；（2)融冰過程會對覆冰導(dǎo)線和電網(wǎng)系統(tǒng)造成怎樣影響；（3)融冰需要的電源容量是否 足夠大。當(dāng)風(fēng)速、環(huán)境溫度等氣象條件和覆冰導(dǎo)線參數(shù)一定時，融冰電源容量和覆冰導(dǎo)線 升溫都是由施加的融冰電流決定的，所以上述問題的解決可歸結(jié)為如何確定和選擇融冰電 流。目前，國內(nèi)外融冰電流的選擇方式主要有二種：（1)融冰現(xiàn)場試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)；（2)融 冰過程物理數(shù)學(xué)模型。導(dǎo)線覆冰融化過程是一個物理相變的動態(tài)過程，因此建立完整和準(zhǔn) 確的物理數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確地描述環(huán)境參數(shù)、導(dǎo)線參數(shù)和融冰電流的關(guān)系十分復(fù)雜，現(xiàn)有的模 型都是建立在一定假設(shè)的條件下，推導(dǎo)出的公式適用范圍很小，計(jì)算結(jié)果誤差較大，不能指 導(dǎo)實(shí)際融冰操作使用。我國湖南、貴州、重慶等電網(wǎng)在采取短路融冰時，常發(fā)生幾小時甚至 十幾小時不能融冰的情況，原因在于現(xiàn)有的研究工作沒有給出融冰電流和融冰時間的關(guān)系 式，無法確定融冰所需最小電流和系統(tǒng)電源能提供最大融冰電流（不超過導(dǎo)線允許最大載 流量）與之對應(yīng)融冰時間的范圍。
[0003] 國內(nèi)外融冰計(jì)算常用公式如下：
[0004] 導(dǎo)線升溫計(jì)算公式
[0005] 導(dǎo)線最高溫度為90°C時允許的載流量為融冰電流計(jì)算，見公式（1)。
[0006]0C^θ〇 =^T= (1) 9πνν(1
[0007] 其中，P為導(dǎo)線焦耳熱功率，P=I2·Γ(ι ;Θ。-Θ^為導(dǎo)線溫升，單位K;Θ。為導(dǎo)線溫 度，單位°C;Θ^為環(huán)境溫度，單位°C;Ρ為每米導(dǎo)線向空氣發(fā)散的的功率，單位W/m;1為導(dǎo)線 電流，單位A;Γ(Ι為導(dǎo)線單位長度電阻，單位Ω/m;v為風(fēng)速，取0. 5m/s;d為導(dǎo)線直徑，單位 mm。由于該公式不包含導(dǎo)線覆冰參數(shù)，不適用于計(jì)算覆冰導(dǎo)線融冰電流。
[0008] 考慮覆冰情況時，計(jì)算見公式（2)和（3)，
[0009]Θc-Θ。=(Θc-ΘD+ (Θ廠Θ。） (2) Γ ? .. nI2·Γ ·1η[(Γ+δ)/Γ]
[0010] θ，θ丨=-(3) ΖΚΑ.
[00ιι] 其中，Qi-QtlS覆冰外表面預(yù)期升溫，可按公式（?)計(jì)算，導(dǎo)線直徑d改為導(dǎo)線覆 冰后直徑。Θi為覆冰外表面穩(wěn)態(tài)溫度，單位°c;Θ。-Θi為導(dǎo)線對覆冰外表面溫升；λ為冰 層傳導(dǎo)熱系數(shù)，其值為〇· 54W/(m·Κ) ;r為導(dǎo)線半徑，單位mm;δ為冰層厚度，取20mm。
[0012] 上述公式?jīng)]有考慮融冰過程中覆冰表面與外界環(huán)境的熱損失，很多參數(shù)是估算取 值，誤差很大。在無風(fēng)條件下（或風(fēng)速小于0.5m/s)該公式計(jì)算的電流值可以融冰，但融冰 時間較長，且不確定；有風(fēng)時該計(jì)算電流值不能融冰。
[0013] 融冰時間計(jì)算
[0014] 覆冰外表面溫度隨時間變化關(guān)系，近似描述為：
[0015] 0w(t) =θ〇+Δ0w(l-e^t/T) (4)
[0016]T= (1/P) [mcCcΔΘJmCiΔΘi+mCjΔΘw-ΔΘJ+mQj(5)
[0017] 其中，T為融冰時間常數(shù)，單位s;m。為導(dǎo)線質(zhì)量，單位kg/m;m為覆冰質(zhì)量，單 位kg/m;C。為導(dǎo)線比熱，取值為0. 88X103χ/(Κ·kg)A為冰的比熱，取值為2.IXIO3J/ (!(?kg) ;CW為水的比熱，取值為4. 18X103X/(K*kg);ΛΘ。為導(dǎo)線預(yù)期穩(wěn)態(tài)升溫，單位K; ΛΘi=IOK為冰的升溫；ΛΘw為冰融化成水后預(yù)期穩(wěn)態(tài)升溫平均值，單位KA為冰的熔 解熱，取值為3. 34X105J/kg。該計(jì)算式誤差較大，因?yàn)橹亓σ蛩?，?dǎo)線上表面的冰層會先融 化，脫落的冰呈U型，不是所有的冰層都融化，并且導(dǎo)線覆冰融化的水會滴落，公式需要矯 正參數(shù)。
[0018] 導(dǎo)線覆冰臨界負(fù)荷電流
[0019] 導(dǎo)線覆冰臨界負(fù)荷電流是使導(dǎo)線介于覆冰和不覆冰之間的臨界狀態(tài)電流，在覆冰 條件下導(dǎo)線不覆冰的最小負(fù)荷電流稱為臨界負(fù)荷電流，臨界負(fù)荷電流隨風(fēng)速的增加而增 大。

【權(quán)利要求】
1. 基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征在于：該方法包括以下 步驟： 步驟一、建立融冰功率三角形 在平面直角坐標(biāo)系PxOPy內(nèi)建立等腰直角三角形，該等腰直角三角形即所述的融冰功 率三角形，該融冰功率三角形的三個頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為（〇,〇)、（P，〇)和（P，P^Ps)，其中P為 融冰輸入功率，Pf為覆冰吸收功率，即覆冰體升溫和融化所需的總功率，Ps為導(dǎo)線升溫和環(huán)
步驟二、設(shè)？0為起始功率，且〇<?0<?，在匕軸上取一點(diǎn)此，〇)，由點(diǎn)此，〇)、（卩， 〇)和（P，P,)構(gòu)成的直角三角形中，斜邊與匕軸的夾角為a，則P = PQ+P,/tga，其中，
-，Vs為單位長度導(dǎo)線覆冰總體積，V 3為單位長度導(dǎo)線覆冰融 化部分體積，AT為覆冰溫升，t為融冰時間。 步驟三、根據(jù)步驟二中的P值計(jì)算融冰電流I :
其中，Rt為溫度TC時導(dǎo)線電阻，單位Q。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：所述的Vs的通過下式計(jì)算： Vs = 0. 7854 (D+d) (D-d) 其中，D為覆冰體直徑，d為導(dǎo)線直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：所述的V3的通過下式計(jì)算：
其中，R為覆冰體半徑，r為導(dǎo)線半徑，△為導(dǎo)線與未融化冰的間隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：氣溫為Ttl、風(fēng)速為Va的環(huán)境下，任意融冰時間下的起始功率通過以下方法獲得：在氣 溫為Ttl、風(fēng)速為Va的環(huán)境下，采用經(jīng)濟(jì)電流對分裂導(dǎo)線的一根導(dǎo)體進(jìn)行除冰，并測量起始功 率和融冰時間，該起始功率與融冰時間的乘積為常數(shù)，通過該常數(shù)獲得氣溫為Ttl、風(fēng)速為Va的環(huán)境下，任意融冰時間下的起始功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：tg a = 〇? 851。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：tg a = 〇? 678。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于融冰功率三角形的覆冰導(dǎo)線融冰電流獲取方法，其特征 在于：tg a = 〇? 478。
【文檔編號】H02G7/16GK104332927SQ201410669432
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】劉剛, 梁巖, 陳永輝, 趙學(xué)增, 劉建軍, 吳堅(jiān), 張競偉, 劉勇軍, 遲連道, 孫福軍, 田偉, 王占偉, 都興云 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司雞西供電公司, 黑龍江工業(yè)學(xué)院, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)