一种架空绝缘配电线路铝导体状态优化方法

本发明涉及架空绝缘配电线路铝导体的运行状态优化的，尤其是涉及一种架空绝缘配电线路铝导体状态优化方法。

背景技术：

1、架空绝缘配电线路为各个地区间电能的主要输送方式，但随着新型电力系统的建设不断推进，城乡配电网用电需求的急剧增加、供电走廊稀缺和新能源的大量接入，造成用电高峰时期部分配电网供电线路出现重载或过载现象。因此，准确获取架空绝缘配电导体温度，对导体的状态进行优化具有重要意义。

2、目前，由于架空配电线路采集装置中传感器等硬件技术的限制，只能采集绝缘导线表面数据，对内部导体温度状况缺乏较好的计算方法。此外，现有的方法得到导线的状态后，采用的是相同的分析结果，没有对分析的需求进行分类，导致紧急的需求无法及时处理，优化导线的状态的效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种计算导体内部温度，对铝导体状态进行高效优化的架空绝缘配电线路铝导体状态优化方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种架空绝缘配电线路铝导体状态优化方法，包括以下步骤：

4、s1、获取架空绝缘配电线路的架空导线结构，并确定分析要求；

5、s2、基于架空导线结构建立架空绝缘配电线路铝导体温度的热平衡方程，并以热平衡方程计算未发生电流跃迁时的导线内部铝导体温度；

6、s3、获取跃迁电流，根据分析要求和确定未发生电流跃迁时的导线内部铝导体温度得到分析结果，基于分析结果优化导线的运行状态；

7、其中，获得分析结果的过程具体为：当分析要求为确定安全运行时间时，将s1的导线内部铝导体温度作为初始状态，代入该跃迁电流下的导体温度-时间曲线，将得到的安全运行时间作为分析结果；当分析要求为分析电流跃迁时铝导体温度和导线表面温度的变化关系时，基于s1的导线内部铝导体温度和该铝导体温度对应的导线表面温度，以及该跃迁电流下的导体温度和导线表面温度-时间曲线，得到铝导体温度和导线表面温度的变化，将该变化作为分析结果；

8、所述导体温度-时间曲线采用四阶龙格库塔的gill公式得到，所述导体温度和导线表面温度-时间曲线根据四阶龙格库塔公式得到。

9、进一步地，s2的具体步骤为：

10、基于架空导线结构建立导线的等效热路模型，基于等效热路模型建立铝导体温度热平衡方程，计算出铝导体的温度。

11、进一步地，铝导体温度热平衡方程的表达式为：

12、wr·(t1+t2)+wd·(0.5t1+t2)+ws·t2＝tc0-ts

13、其中，wr为单位长度铝导体流过电流而产生的热损耗；wd为单位长度导线介质损耗；ws为单位长度导线吸收日照产生的热功率；t1为导线铝导体至绝缘介质的散热热阻；t2为导线的绝缘介质至空气的散热热阻；tc0为未发生电流跃迁时的铝导体温度；ts为导线周围环境温度。

14、进一步地，导线铝导体至绝缘介质的散热热阻t1的表达式为：

15、t1＝t1'+t1”

16、其中，t1'为单芯导线的绝缘热阻，t1”为皱纹金属套和绝缘屏蔽之间的热阻，单芯导线的绝缘热阻t1'的表达式为：

17、

18、其中，ρt为绝缘材料的热阻系数；t1为绝缘层厚度；dc为导体直径；

19、皱纹金属套和绝缘屏蔽之间的热阻t1”的表达式为：

20、

21、其中，ρt为绝缘材料的热阻系数；t2为内衬层厚度；ds为导线外护层的内径；

22、导线的绝缘介质至空气的散热热阻的表达式为：

23、

24、其中，t00为未发生电流跃迁时的导线表面温度。

25、进一步地，，未发生电流跃迁时的铝导体的温度的表达式为：

26、

27、其中，tc0为未发生电流跃迁时的铝导体温度，t00为未发生电流跃迁时的导体表面温度。

28、进一步地，导体温度-时间曲线的计算过程为：

29、建立暂态热平衡方程，基于暂态热平衡方程得到关于电流跃迁时的铝导体温度的一阶常微分方程，根据数值解法，求解采用四阶龙格库塔的gill公式求解该一阶常微分方程，得到导体温度和时间之间的函数关系y(x)，y表示电流跃迁时的导体温度，x表示时间，基于函数关系得到导体温度-时间曲线；

30、采用数值解法的四阶龙格库塔的gill公式时，具体步骤为：寻求函数关系y(x)在一系列离散跨距x1<x2<…xn<xn+1<…上的近似值y1，y2，…，yn，yn+1…，离散跨距之间的间距为h，采用四阶龙格库塔的gill公式计算近似值，近似值的表达式为：

31、

32、其中，yn为第n个近似值，h为离散跨距之间的间距，k1、k2、k3和k4为gill公式的迭代参数。

33、进一步地，所述暂态热平衡方程的表达式为：

34、

35、其中，i为跃迁电流，r(t)为铝导体在绝对温度t时的导体单位长度的交流电阻，qs为日照时导体单位长度吸收的热量，qc为导体单位长度上的对流散热，qr为导体单位长度的辐射散热，m为导线单位长度的质量，cp为导体材料的比热容，tc表示导体温度。

36、进一步地，导体温度和导线表面温度-时间曲线的计算过程具体为：

37、分析导体和导线表面的温升过程，基于等效热路模型得到表示该温升过程的一阶线性非齐次微分方程组，采用四阶龙格库塔公式求解方程组得到导体温度和导线表面温度-时间曲线；

38、其中，四阶龙格库塔公式计算近似值，基于近似值确定导体温度和时间以及导线表面温度和时间的函数关系，近似值的表达式为：

39、

40、其中，yn为第n个导体温度的近似值，zn为第n个导线表面温度的近似值，m1、m2、m3和m4为计算导体温度的近似值时迭代的参数，l1、l2、l3和l4为计算导线表面温度的近似值时迭代的参数。

41、进一步地，表示该温升过程的一阶线性非齐次微分方程组的表达式为：

42、

43、其中，wr为单位长度铝导体流过电流而产生的热损耗；wd为单位长度导线介质损耗；ws为单位长度导线吸收日照产生的热功率；t1为导线铝导体至绝缘介质的散热热阻；t2为导线的绝缘介质至空气的散热热阻；ts为导线周围环境温度；t0为导体表面温度。

44、进一步地，迭代的参数的表达式为：

45、

46、其中，xn表示第n个离散跨距，f表示导体温度与时间的微分方程，g表示导面温度和时间的微分方程，h表示离散跨距之间的间距，m的取值为2、3和4。

47、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

48、(1)本发明采用基于结构数据和环境数据建立架空绝缘配电线路铝导体温度的热平衡方程，并以热平衡方程计算未发生电流跃迁时的导线内部铝导体温度，填补了当前对于架空绝缘导线内部导体温度计算的理论空白，能精确计算出其内部导体温度。

49、(2)本发明针对不同的分析要求设计了两种优化导线状态的方法，对于快速需要安全运行时间的分析需求，采用四阶龙格库塔的gill公式得到导体温度-时间曲线，可以更快的得到安全运行时间；而对于比较详细的分析电流跃迁时铝导体温度和导线表面温度的变化关系的要求，采用四阶龙格库塔公式计算得到的导体温度和导线表面温度-时间曲线，可以详细的分析在某个确定的跃迁电流下的导线表面温度的变化。