[发明专利]高压架空输电导线断股后剩余截面温升峰值的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输电导线截面温度场的计算方法，具体是指一种高压架空输电导线断股后剩余截面温升峰值的预测方法。

背景技术

目前常用的输电高压架空输电导线为钢芯铝绞线复合线，其结构为：中心是不同组合的钢芯，外围是与钢芯同心绞合的不同组合的铝绞线，其中钢芯位于中心处，次外层和最外层均为铝绞线，钢芯为7股，次外层的铝绞线为10股，最外层的铝绞线为16股。

高压架空输电导线在微风振动下，导线外层铝绞线股与线夹之间、以及导线线股之间都将产生微动磨损和微动疲劳，线股接触区发生材料剥落而使导线截面减小，这些微动损伤将导致线股的疲劳断裂。所谓高压架空输电导线断股指的是输电导线最外层的铝绞线断股，包括最外层的铝绞线中某一股断裂后和最外层的铝绞线中全部线股断裂。

输电导线截面减小以及某线股初始断裂，将导致剩余线股的载流温升增大，温升增大致使线股材料软化，温度达到一定程度，将发生其他线股的断裂，在磨损疲劳及载流温升的交互作用下，输电导线将发生持续的断股现象，这给高压输电导线的安全运行带来了潜在的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压架空输电导线断股后剩余截面温升峰值的预测方法，该预测方法能够预测高压架空输电导线在断股后剩余截面温升峰值，为输电线路的安全运行提供技术支持和安全保障。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：高压架空输电导线断股后剩余截面温升峰值的预测方法，该方法包括如下步骤：

(1)明确输电导线中钢芯和铝绞线各线股的材料种类，以及各线股材料的电学性能参数及热物理性能参数；

(2)忽略钢芯、铝绞线各线股之间的空隙，建立有限长度的输电导线的几何模型，明确几何模型的等效电流、导线挂网初始温度和环境温度，作为该几何模型的初始条件，同时明确输电导线与空气接触的外表面散热系数，作为该几何模型的散热边界条件，建立输电导线线股截面温度场计算的有限元模型并进行计算；

(3)以输电导线等效电流和外表面散热系数作为步骤(2)建立的有限元模型计算中输入的自变量，首先计算输电导线在截面完好状况下的截面温度场分布，并提取温度峰值；

(4)以输电导线等效电流和外表面散热系数为自变量，对步骤(3)的截面温度场计算结果进行曲面拟合，即得到输电导线在截面完好状况下的温度峰值的预测公式；

(5)若输电导线中铝绞线的若干线股断裂后，输电导线截面的几何模型发生变化，输电导线与外界空气的接触面积也发生变化，即散热边界条件发生改变，此时采用与步骤(2)相同的方法建立新的线股断裂后的输电导线线股截面温度场计算的有限元模型并重新进行计算；

(6)以输电导线等效电流和表面散热系数作为步骤(5)建立的新的有限元模型计算中输入的自变量，分别针对输电导线中铝绞线不同断股数量的状况进行计算；

(7)以输电导线等效电流和外表面散热系数为自变量，对步骤(6)的计算结果进行曲面拟合，即得到输电导线中铝绞线断股后剩余截面温升峰值的预测公式；

(8)通过步骤(7)获得的预测公式对输电导线中铝绞线断股后剩余截面的温升峰值进行预测。

本发明中，所述的输电导线为LGJ-240/40型导线，所述步骤(1)中输电导线中钢芯和铝绞线的电学性能参数是指电阻率，热物理性能参数是指比热容和导热系数；所述步骤(4)中获得的输电导线在截面完好状况下的温度峰值的预测公式如下：

T＝-5.969+0.0859X+6.297Y-(1.341e-005)X²-0.009817XY-0.3195Y²

-(6.879e-012)X³+(7.181e-006)X²Y+0.0002454XY²+0.005995Y³；

所述步骤(7)中获得的输电导线中铝绞线断股后剩余截面温升峰值的预测公式如下：

若输电导线最外层的铝绞线中某一股断裂后，则预测公式如下：

T=-10.72+0.1017X+7.352Y-(1.589e-005)X²-0.01163XY-0.3722Y²

-(8.627e-012)X³+(8.504e-006)X²Y+0.0002907XY²+0.006949Y³；