一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法与流程

1.本发明涉及电线覆冰计算领域，具体涉及一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法。


背景技术：

2.国内外研究表明，覆冰大小与电线悬挂高度有关。近地层风速一般随高度增加而增大，在覆冰发展期、相同水汽条件下、一定风速范围内，风速愈大，电线捕获的水滴就愈多，覆冰量级就愈大，一般呈指数函数分布。国内外科研单位针对覆冰随高度变化关系开展了初步研究，但受试验条件限制，目前未取得较大高度范围内相对成熟的研究结论。《架空输电线路覆冰勘测规程》(dl/t5509)根据西南电力设计院有限公司黄茅埂、罗汉林观冰站的实测资料提出了输电线路电线覆冰高度修正系数。受试验条件限制，该高度修正系数只适用于30m及以下高度的覆冰估算，存在较大的局限性，还需进一步深化研究。
3.而覆冰与电线线径的关系更为复杂，国内外有关学者至今有着不同的看法，主要有两种观点：一是认为覆冰与电线直径大小有关，即覆冰冰重随线径的增大而增加，冰厚随线径的增大而减小；二是认为覆冰与线径无关。西南电力设计院有限公司根据实测资料研究成果表明，覆冰与电线线径有关。langmuir和blodgett提出了稳定风携带的水滴气流对垂直光滑圆柱体的碰撞效率理论，该理论认为随着圆柱体直径的增加覆冰厚度降低，同时当圆柱体超过某一特定直径，将不会发生覆冰，该特定直径为覆冰临界直径。finstad和lozowski(1988)基于数值分析提出了计算临界直径的公式，但均没有提出覆冰随直径增加的公式。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法解决了地线设计冰厚取值的问题。
5.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法，包括以下步骤：
6.s1、收集区域内已有长期覆冰观测站同方向、同路径、不同悬挂高度的同步覆冰观测数据以及同方向、同悬挂高度、不同线径的同步覆冰观测数据；
7.s2、根据不同悬挂高度的同步覆冰观测数据计算长期覆冰观测站不同悬挂高度的电线覆冰标准冰厚，按数据样本平均值拟合覆冰随电线悬挂高度的变化曲线；
8.s3、收集不同标准规范中关于覆冰与电线悬挂高度换算的计算公式及其适用条件，综合确定100m以下架空输电线路覆冰厚度与电线悬挂高度的换算公式；
9.s4、根据不同线径的同步覆冰观测数据计算长期覆冰观测站不同线径电线的覆冰标准冰厚，按数据样本平均值拟合确定覆冰厚度与电线线径的换算公式；
10.s5、根据不同设计冰区内导、地线选型成果及悬挂高度，计算导线不同设计冰区对应的地线覆冰量级；
11.s6、对比导、地线覆冰量级的差异，确定导线不同设计冰区内地线设计冰厚。
12.进一步地：所述步骤s1的具体为：
13.s11、确定研究区域内具有同线径、同方向、不同悬挂高度同步覆冰观测以及同方向、同悬挂高度、不同线径同步覆冰观测的长期站；
14.s12、整理长期站观测的电线方向、悬挂高度、电线型号、电线直径、覆冰异常记录信息；
15.s13、筛选出无覆冰异常记录的观测资料，分别整理出同线径、同方向、不同悬挂高度的同步覆冰观测数据以及同方向、同悬挂高度、不同线径的覆冰观测数据。
16.进一步地：所述覆冰异常记录包括脱冰记录和缺测记录，所述悬挂高度为2～23m，所述不同线径的电线型号包括lgj-970、lgj-720、lgj-630、lgj-400、lgj-185。
17.进一步地：所述步骤s2具体为：
18.s21、分别计算各长期站不同悬挂高度同步覆冰观测数据的标准冰厚值；
19.s22、计算不同悬挂高度覆冰标准冰厚的总体平均值；
20.s23、按不同悬挂高度的总体平均值拟合覆冰随电线悬挂高度的变化曲线，拟合计算公式为：
[0021][0022]
上式中，z为设计电线悬挂高度，b为设计电线标准冰厚，z0为实测电线悬挂高度，b0为实测电线标准冰厚，α为拟合指数，kh为高度换算系数。
[0023]
进一步地：所述步骤s3具体为：
[0024]
s31、梳理已有标准规范中的覆冰与电线悬挂高度的计算公式；
[0025]
标准规范包括qx/t 528-2019、dl/t 5158-2021/dl/t 5509-2015、снип 2.01.07-85、asce 7-16、iec 60826-2017、iso 12494-2017；
[0026]
s32、根据悬挂高度为10m时覆冰标准冰厚的总体平均值，应用снип 2.01.07-85、asce 7-16、iec 60826-2017、iso 12494-2017标准规范中的高度换算系数kh计算2～23m高度区间的覆冰标准冰厚值；
[0027]
s33、根据拟合覆冰随电线悬挂高度的变化曲线，对比2～23m高度区间与标准冰厚计算值的差异，选取与变化曲线最接近的标准规范的计算方法；
[0028]
s34、结合各个高度实测的覆冰标准冰厚总体平均值，应用选取的标准规范的计算方法，拟合20～100m区间覆冰随高度变化曲线；
[0029]
s35、确定100m以下各高度范围内的覆冰高度拟合指数α，得到100m以下架空输电线路覆冰厚度与电线悬挂高度的换算公式。
[0030]
进一步地：所述步骤s4具体为：
[0031]
s41、分别计算各长期站不同线径电线同步覆冰观测数据的标准冰厚值；
[0032]
s42、计算不同线径电线覆冰标准冰厚的总体平均值；
[0033]
s43、按不同线径的总体平均值拟合覆冰随电线线径的变化曲线，拟合公式为：
[0034]
[0035]
上式中，为设计电线线径，为实测电线线径，a为拟合指数，b为设计电线标准冰厚，b0为实测电线标准冰厚，kh为高度换算系数。
[0036]
进一步地：所述步骤s5具体为：
[0037]
s51、根据某架空输电线路导、地线选型研究成果及杆塔规划研究成果，确定不同设计冰区内导、地线的线径及悬挂高度，计算导、地线悬挂高度的差值；
[0038]
s52、架空输电线路导线设计冰厚计算的离地高度为10m，确定地线设计冰厚计算的离地基本高度；
[0039]
s53、根据100m以下架空输电线路覆冰厚度与电线悬挂高度的换算公式，计算导线设计冰厚换算至地线设计冰厚的高度换算系数；
[0040]
s54、根据覆冰随电线线径的变化曲线，计算导线设计冰区换算至地线设计冰厚的线径换算系数；
[0041]
s55、将高度换算系数与线径换算系数相乘，得到导线设计冰区换算至地线设计冰厚的换算系数；
[0042]
s56、根据10mm、15mm、20mm、
…
、70mm、80mm不同等级的导线设计冰区，并计算冰区对应的地线设计冰厚。
[0043]
进一步地：所述步骤s6具体为：
[0044]
s61、在10mm、15mm、20mm、
…
、70mm、80mm不同等级的导线设计冰区内，分别计算地线设计冰厚与导线设计冰区的差值；
[0045]
s62、将地线设计冰厚与导线设计冰区的差值以5mm的等差数列进行归并，得到归并后差值等级；
[0046]
s63、在10mm、15mm、20mm、
…
、70mm、80mm不同等级的导线设计冰区内，将归并后差值等级作为地线设计冰厚应较导线设计冰区增加的覆冰量级。
[0047]
进一步地：所述归并方法为：
[0048]
当地线设计冰厚与导线设计冰区的差值为5n～5(n+1)mm时，归并后差值等级为5(n+1)mm，n＝0,1,
…
，n为系数。
[0049]
本发明的有益效果为：本发明提供了一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法，以厘清导线设计冰区与地线设计冰厚的差异关系，解决地线设计冰厚的取值问题，本发明借助覆冰观测站观测资料，得到架空输电线路不同设计冰区内地线设计冰厚的确定方法，有利于提升架空输电线路抗冰差异化设计能力，提高架空输电线路的经济性与安全稳定性。
附图说明
[0050]
图1为本发明实施例的一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法流程图。
具体实施方式
[0051]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0052]
实施例具体为：
[0053]
如图1所示，本实施例提出一种架空输电线路地线设计冰厚的确定方法，包括如下步骤：
[0054]
步骤1，收集区域内已有长期覆冰观测站同方向、同线径、不同悬挂高度的同步覆冰观测数据以及同方向、同悬挂高度、不同线径的同步覆冰观测数据，包括覆冰观测方向、观测高度、观测电线型号与直径、覆冰观测数据、覆冰异常记录说明(如脱冰记录、缺测记录等)等；该步骤1包括：
[0055]
步骤1.1根据西南电力设计院有限公司历年覆冰观测资料，在我国中西部区域共有6个覆冰观测的长期站开展了同线径、同方向、不同悬挂高度同步覆冰观测，分别为四川省二郎山站、黄茅埂站、罗汉林站，贵州省的石板井站、梅花山站，湖南省的雪峰山站，观测年限均在7年以上，各站相关信息如下表所示；
[0056][0057]
根据西南电力设计院有限公司历年覆冰观测资料，仅有四川省二郎山站开展了同方向、同悬挂高度、多个不同线径的同步覆冰观测，相关信息如下表所示；
[0058][0059][0060]
步骤1.2整理长期站观测的电线方向、悬挂高度、电线型号、电线直径、覆冰异常记录说明(如脱冰记录、缺测记录)等信息。不同高度的同步覆冰观测，观测高度主要包括2m、5m、8m、9m、10m，仅有黄茅埂具有10m以上观测高度，最大观测高度为23m；不同线径的同步覆冰观测，电线型号包括lgj-970、lgj-720、lgj-630、lgj-400、lgj-185等5种；
[0061]
步骤1.3筛选出无覆冰异常记录的观测资料，分别整理出6个长期站同线径、同方向、不同悬挂高度的同步覆冰观测数据以及二郎山站同方向、同悬挂高度、不同线径的覆冰
观测数据。
[0062]
步骤2，计算长期覆冰观测站不同悬挂高度的电线覆冰标准冰厚，按数据样本平均值拟合覆冰随电线悬挂高度的变化曲线；该步骤2包括：
[0063]
步骤2.1分别计算各长期站不同悬挂高度同步覆冰观测数据的标准冰厚值；
[0064]
步骤2.2计算不同悬挂高度覆冰标准冰厚的总体平均值；
[0065]
步骤2.3按不同悬挂高度的总体平均值拟合覆冰随电线悬挂高度的变化曲线，拟合计算公式为：
[0066][0067]
其中：z为设计电线悬挂高度(m)；b为设计电线标准冰厚(mm)；z0为实测电线悬挂高度(m)；b0为实测电线标准冰厚(mm)；α为拟合指数。
[0068]
由此可得到拟合指数α。z0在10m以内时，α＝0.17；z0在10～20m以内时，α＝0.14。
[0069]
步骤3，搜集国内、外不同标准规范中关于覆冰与电线悬挂高度换算的计算公式及其适用条件，包括公式的计算基面、应用高度、适用区域等，综合确定100m以下架空输电线路覆冰厚度与电线悬挂高度的换算公式；该步骤3包括：
[0070]
步骤3.1详细梳理国内、外已有标准规范中的覆冰与电线悬挂高度的计算公式，梳理的具体标准及其对应的计算公式如下表：
[0071][0072]
步骤3.2经分析，qx/t 528中指数α根据黄茅埂观冰站1988-1995年观测资料确定，dl/t 5158、dl/t 5509中指数α根据黄茅埂观冰站1988-1995年、罗汉林观冰站2006～2010年观测资料确定，适用高度一般小于30m；其余标准均可适用于30～100m，其中снип 2.01.07与asce 7中指数α取值为0.30和0.10，iec 60826与iso 12494分别表示为与电线高度的线性、指数关系；
[0073]
步骤3.3根据步骤2.2计算的10m高度覆冰标准冰厚总体平均值，应用梳理的снип 2.01.07-85、asce 7-16、iec 60826-2017、iso 12494-2017中高度换算系数kh计算2～23m高度区间的覆冰标准冰厚值；
[0074]
步骤3.4根据步骤2.3拟合的覆冰随高度变化曲线，对比2～23m高度区间内与各标准的标准冰厚计算值的差异，选取与拟合曲线最为接近的相应标准的计算方法；
[0075]
步骤3.5结合各个高度实测的覆冰标准冰厚总体平均值，应用选取的标准的计算方法，拟合20～100m区间覆冰随高度变化曲线；
[0076]
步骤3.6确定100m以下各高度范围内的覆冰高度变化指数α，得到100m以下架空输电线路覆冰厚度与电线悬挂高度的换算公式。当z0在10m以内时，α＝0.17；当z0在10～20m以内时，α＝0.14；当z0在20～100m以内时，α＝0.13。
[0077]
步骤4，计算长期覆冰观测站不同线径电线的覆冰标准冰厚，按数据样本平均值拟合确定覆冰厚度与电线线径的换算公式；该步骤4包括：
[0078]
步骤4.1分别计算各长期站不同线径电线同步覆冰观测数据的标准冰厚值；
[0079]
步骤4.2计算不同线径电线覆冰标准冰厚的总体平均值；
[0080]
步骤4.3按不同线径的总体平均值拟合覆冰随电线线径的变化曲线，拟合计算公式为：
[0081][0082]
其中：为设计电线线径(m)；为实测电线线径(m)；a为系数。
[0083]
步骤5，根据不同设计冰区内导、地线选型成果及悬挂高度，计算导线不同设计冰区对应的地线覆冰量级；该步骤5包括：
[0084]
步骤5.1根据某特高压架空输电线路导、地线选型研究成果，确定20mm、30mm、40mm冰区采用的导、地线型号及线径见下表：
[0085][0086]
同时，不同设计冰区内导、地线悬挂高度的差值最大为25m；
[0087]
步骤5.2架空输电线路导线设计冰厚计算的离地基本高度为10m，确定地线设计冰厚计算的离地基本高度为35m；
[0088]
步骤5.3根据步骤3.6得到的100m以下架空输电线路覆冰厚度与导线悬挂高度的换算公式，计算导线设计冰厚换算至地线设计冰厚的高度换算系数为1.177；
[0089]
步骤5.4根据步骤4.3得到的架空输电线路覆冰厚度与导线线径的换算公式，计算20mm冰区、30mm/40mm冰区导线设计冰区换算至地线设计冰厚的线径换算系数分别为0.991、0.994；
[0090]
步骤5.5将高度换算系数与线径换算系数相乘，得到20mm冰区、30mm/40mm冰区导线设计冰区换算至地线设计冰厚的换算系数分别为1.166、1.170；
[0091]
步骤5.6当导线设计冰区20mm、30mm、40mm时，计算对应的地线设计冰厚分别为23.3mm、35.1mm、46.8mm。
[0092]
步骤6，对比导、地线覆冰量级的差异，提出导线不同设计冰区内地线设计冰厚的
确定方法；该步骤6包括：
[0093]
步骤6.1当导线设计冰区20mm、30mm、40mm时，地线设计冰厚与导线设计冰区的差值分别为3.3mm、5.1mm、6.8mm；
[0094]
步骤6.2将地线设计冰厚与导线设计冰区的差值以5mm的等差数列进行归并，具体归并方法见下表：
[0095][0096][0097]
因此，当导线设计冰区20mm、30mm、40mm时，地线设计冰厚与导线设计冰区的差值归并后取值为5mm、10mm、10mm；
[0098]
步骤6.3在导线设计冰区20mm、30mm、40mm内，地线设计冰厚应较导线设计冰区增加的覆冰量级分别为5mm、10mm、10mm。