导线倾角与覆冰过程扭转因素对覆冰形状特性影响研究

输电导线覆冰严重威胁电网运行安全,准确预测导线覆冰形状和增长趋势,可以有效预防次生灾害的发生.已有输电导线覆冰增长预测模型较少考虑覆冰偏心扭转对导线表面覆冰形状的影响.为此,综合考虑覆冰偏心、风速等对导线的耦合扭转特性,建立输电导线动态扭转覆冰预测模型.基于预测模型对导线表面覆冰形状进行预测模拟并与文献实验数据对比,验证了模型的有效性.利用预测模型,进一步讨论导线倾角及温度、风速和MVD（水滴中值直径）对冰形和扭转速度的影响.研究发现,导线迎风面覆冰厚度随着倾斜角度的增加,分层现象逐渐明显.与水平布置（零倾角）导线对比,倾斜角度为60°时,导线覆冰面积分别增加18.26%（覆冰125 min）、26.30%（覆冰245 min）,扭转角度分别增加10.4°（覆冰125 min）、16.2°（覆冰245 min）,冰形呈“沟壑”状.     

覆冰分裂导线扭转刚度研究

因分裂导线覆冰而导致的扭转刚度变化是舞动发生的重要原因之一,为了有效防治输电线路舞动,研究覆冰分裂导线扭转刚度很有必要.提出了一种考虑覆冰偏心的覆冰分裂导线扭转刚度计算方法,分析了覆冰对扭转刚度的影响.计算结果表明:覆冰导线的扭转刚度随覆冰量的增大而增大;常见易引发舞动的冰形中,扇形覆冰的偏心影响最大;覆冰偏心对扭转刚度有影响,初始结冰角越大,扭转刚度越大;覆冰导线在顺时针与逆时针的扭转刚度受覆冰偏心的影响基本相同,但临界扭转角和临界扭矩不同;不均匀覆冰会对分裂导线的扭转刚度产生显著影响.所得结果可为舞动的防治提供参考.     

采用基本环境参数的导线覆冰预测方法

风速、温度、空气中液态水含量和水滴中值体积直径等4项参数是影响导线覆冰的主要环境参数。根据空气中水滴运动、碰撞和冻结进而形成导线覆冰的过程，基于流体力学和热平衡建立了“四参数”导线覆冰模型，通过数值计算详细分析了各个环境参数对导线覆冰增长速率的影响特性，并结合线路实际监测数据分析并拟合了液态水含量和水滴中值体积直径的经验公式，进而建立基于基本环境参数（一般传感器可获得的环境参数）的导线覆冰预测模型。研究结果表明：水滴中值体积直径对导线覆冰速率的影响具有饱和特性，空气中液态水含量的变化和风速、温度和湿度具有一定相关性。研究结论为输电线路覆冰预测、预警工作提供了理论参考。     

分裂导线覆冰的数值分析与实验研究

建立分裂导线覆冰的计算模型,提出分裂导线覆冰的计算方法,并应用该模型和计算方法计算分裂导线覆冰的质量和形状,分析风向与两导线连线的夹角以及导线间距对覆冰的影响。通过模拟实验对本文提出的模型和计算方法进行实验验证。研究结果表明:对于横向水平风,当2根导线位于同一水平线时,迎风导线背部的遮蔽区导致背风导线的局部碰撞系数、覆冰质量和覆冰厚度均减小,但是随着导线间距增加,减小的程度不断降低,对背风导线覆冰的影响也越来越小。     

神经网络在输电线覆冰增长因素中的应用

在分析影响输电线覆冰增长因素的基础上,利用数据挖掘中的BP (Back Propagation)神经网络方法,建立导线覆冰增长的BP神经网络模型.利用此模型研究不同因素对输电线覆冰增长的影响,将采集的数据样本训练BP神经网络,利用收敛的网络进行输电导线覆冰增长的预测,研究结果对输电线路的覆冰预防具有较好的参考价值.     

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

输电线路覆冰形状自动识别与参数描述方法

为实现输电线路覆冰形状分类识别和参数化描述的全自动过程,针对现有研究中冰形定义不准确、描述不统一的不足,提出一种基于偏心椭圆方程的常见冰形统一参数描述方法,该方法考虑了覆冰表面不对称性和导线扭转的影响.对于不规则的真实覆冰,建立了冰形自动化识别系统,通过内点法计算最优冰形参数,并采用预先学习的支持向量机模型对识别结果进行评定.选取实际覆冰图像对上述方法进行验证,所得结果表明覆冰重叠率可达90％,能较好地反映导线覆冰截面特征,为输电线路智能运维提供参考.     

覆冰导线绕流的数值模拟

利用采用高阶有限差分的迎风格式,从探讨网格模型与计算结果之间的关系入手,通过数值计算模拟了新月形冰型的覆冰导线模型在不同攻角下的阻力系数、升力系数以及斯特鲁哈尔系数的变化规律,并与高雷诺数试验结果进行了对照分析。在一定程度上,数值结果反映了新月形冰型的覆冰导线模型气动力特性。     

1520mm2大截面两分裂新月形覆冰导线空气动力特性试验研究

通过风洞试验的方法研究了1 520 mm~2大截面两分裂覆冰导线各子导线的静态气动三分力系数随不同分裂间距、不同覆冰厚度、不同风速及攻角下的变化规律。试验模型采用实际导线加工而成,具有实际导线的粗糙表明。试验结果表明:在攻角为0°~20°范围内,受尾流干扰的影响,下风向导线的CD系数要小于上风向子导线的CD系数。总体而言,试验范围内分裂间距对覆冰导线的气动力影响不明显;在重覆冰情况下导线的升力CL曲线和力矩CM曲线在攻角为0°~30°范围内会形成一种"突峰"现象;下游子导线在重覆冰情况下的抗风安全性问题值得关注;风速对大截面覆冰导线的力矩CM系数有较明显的影响。     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

覆冰地区分裂与扩径导线表面电场特性

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁,目前已经发展了多种防冰除冰方法,但每种方法都有其局限性,对于一些具有微气象、微地形特征的重覆冰地区尚未有较好的解决方法。文中考虑到扩径导线的特点和分裂导线输电线路的局限性,根据波阻抗和自然功率将分裂导线等效为单导线,并考虑电流的集肤效应,得到了等效的单根扩径导线,进而分析比较覆冰地区的分裂导线及其等效的单根扩径导线的表面电场特性。研究表明：等效前后导线截面面积相同且波阻抗一致时,扩径导线与分裂导线相比,不仅显著降低了子导线根数和输电线路的覆冰荷载,而且在扩径导线的半径等于分裂导线的等效单导线半径时,扩径导线的表面最大电场强度小于分裂导线。因此,在严重覆冰地区,采用分裂导线等效半径的扩径导线具有非常好的表面电场特性,且可显著降低冰风荷载,提高抗冰强度。     

2008年初贵州电线积冰厚度的模拟研究—基于天气研究和预报（WRF）模式耦合电线积冰预报系统

电线积冰事故对国民经济危害巨大,急需电线积冰厚度的预报产品。利用耦合了欧洲导线覆冰预报系统的WRF模式,在考虑了覆冰融化的基础上,对2008年1~2月贵州省凝冻天气期间的电线覆冰厚度进行了模拟研究,研究结果表明：WRF模式模拟的气象要素与观测值较为接近,可用模拟的气象场对贵州省导线覆冰进行模拟;模拟站点覆冰厚度的时间变化特征与观测结果非常接近,区域覆冰厚度的时空变化可分为4个阶段：覆冰初步形成期、持续期、加重期及融化期。对比观测站点的覆冰记录,模拟基本重现2008年1~2月贵州省导线覆冰的变化过程;模拟的区域覆冰极值厚度分布也与观测值的相关系数达到0.6,通过了0.01的信度检验。总的来说,该系统能对覆冰的发生、发展及进程进行较为准确的预报,对输电线路上的冰冻灾害防治具有重要意义。     

特高压输电导线直流电场下过冷雨滴碰撞系数

在早春或初冬,过冷雨滴撞击导线表面结冰、进而易于诱发导线舞动。对碰撞系数或导线覆冰的研究主要集中在风速、雨滴大小和导线直径等关键参数上,鲜见涉及电场作用的讨论。为了阐明直流电场对输电线路碰撞系数的影响,提出了雨滴质量流量的计算公式,并用Euler-Lagrange方法对雨滴撞击导线表面的过程进行了数值计算。利用Fluent软件分析了电场强度、雨滴电荷密度、导线截面形状、风速等对碰撞系数的影响。结果表明,碰撞系数随电场强度的增加而减小。当电场强度从0kV/cm增加到66.7kV/cm时,碰撞系数降低约33%。由于带电导线与雨滴之间会产生排斥作用,部分雨滴远离导线,导致碰撞系数降低。真实绞线在无电场作用下的碰撞系数略小于简化圆形截面的碰撞系数。在直流电场作用下,当风速达到8m/s时,导线的碰撞系数随风速的增大而减小。超过该阈值后,碰撞系数基本保持不变。     

基于微气象微地形的北京地区输电线路覆冰预测技术

实现输电线路覆冰预测是保障北京地区输电线路在覆冰季正常运行的关键技术。针对北京地区输电线路覆冰预测技术研究,采用皮尔逊相关系数和灰色系统关联度分析方法,利用历史数据研究覆冰厚度与微气象微地形的相关性,得出湿度、坡向、风向和高程对覆冰厚度影响程度较高;通过多种环境特征要素组合构建基于极限随机树模型和灰色系统预测模型的覆冰预测模型,对比不同模型的预测结果的均方根误差（RMSE）,得出由湿度和风向组合构建的灰色系统覆冰预测模型效果最佳。研究结果表明,与同类预测方法相比考虑了微地形对覆冰厚度预测的影响,得到北京地区输电线路覆冰厚度相关性较高的环境因素为湿度、坡向、风向和高程;对比多种环境要素构建的覆冰预测模型,湿度和风向组合的灰色系统预测模型的均方根误差明显优于其它组合,可以有效实现北京地区输电线路覆冰预测。     

随机风场下紧凑型线路非同期摇摆仿真分析

基于FLUENT软件分析了迎风相导线对背风相导线的风压屏蔽作用,获得了迎风相和背风相导线各子导线的风阻系数。利用ABAQUS建立了500 kV紧凑型线路的单档有限元模型,模拟了随机风场下导线的非同期摇摆过程,研究了紧凑型线路的非同期摇摆特性及相间最小距离。研究结果表明,水平布置的两相导线易在非同期摇摆时出现相间距离过小问题,且相间最小距离主要出现在导线弧垂最低点附近。根据研究结果提出了基于相间间隔棒的不同布置及相间-相地间隔棒混合布置的紧凑型线路非同期摇摆防治措施,并对提出的各方案进行了防治效果评估,给出了紧凑型线路风偏/非同期摇摆防治建议。     

输电线路脱冰跳跃幅值影响因素分析

导线覆冰脱落会引起导线剧烈跳跃摆动,导致输电线路产生严重的机械、电气事故．为明确输电线路脱冰跳跃幅值特性,揭示各项参数及其交互作用对冰跳幅值的影响规律,采用数值模拟方法,建立导线一绝缘子串耦合模型,对冰跳幅值在不同影响因子作用下的变化特性进行研究．结果表明,导线跳跃幅值随着覆冰厚度、脱冰量、导线刚度的增加而增加,其增大的幅度不断上升;冰跳幅值随着连续档数的增加而趋于稳定;悬挂点高差、绝缘子串长度等因素对跳跃幅值影响较小;不同脱冰方式导线跳跃幅值相差较大;风荷载对导线横向摆动影响较大,对竖向跳跃影响较小;交互作用分析过程中,脱冰量对冰跳幅值影响最大,脱冰方式与脱冰量之间的交互作用对幅值影响最小．相关成果为覆冰线路设计及后续覆冰脱落分析研究提供参考借鉴．     

Expert System for Icing Prediction and Ice Melting Control

Atmospheric icing may have a great impact on the overall design and safety naming of power transmission lines or railway contact wires. For engineers attempting to determine ice loads to a specific area, knowledge of historical ice events and ice type for that area would be extremely valuable information. However, there is no systematic ice accretion database that can be used to help enginers.The prolonged 2008 ice storm of central and southern China caused extensive damage to the electrical installations and railway contact wires. As a result, the transmission provider of the state has deployed substantial efforts to mitigate the effects of future ice storms. This paper describes the development of a knowledge-based decision support system for icing prediction and melting control strategy. The knowledge acquisition process is conducted based on the experimental and theoretical research. The system can predict if icing presents in the current condition, and estimate the passible king types based on the meteorological parameters such as air temperature, relative humidity, wind speed, which are obtained by correspooding sensors. When icing presents, then the system will make a melting decision using the heat generated by the currents flowing in the wires based on the melting algorithm. Simultaneously the ice scene is monitored for security by real-time videos. This system can be used in power transmission lines or railway contact wires.     

基于进化策略 投影寻踪算法的考虑多因素的输电线路覆冰灾害风险评估

针对目前输电线路覆冰灾害风险评估模型存在忽略地形因子、权重取值人为主观因素较大等缺陷,以保证所考虑风险因子完整性为前提,综合考虑坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速、实测覆冰厚度值、覆冰比值、冰区量级9个风险因子,通过组合投影方式,将多维数据投影到低维空间,并结合进化策略对投影寻踪指标函数求最优解,以256条线路2个冰期样本数据为例,得出输电线路覆冰灾害风险目标5级评价标准。结果表明:当进化代数达到311代时,目标函数值达到最优0.513 4;同时,Ⅳ风险等级及其以上线路占总线路的30.5%;最后以220 kV石上线为例,验证了所建立输电线路覆冰灾害风险评价模型结果的适用性以及准确性。本文方法能够有效地对输电线路覆冰风险进行评价,对实现输电线路防冰管控工作的精益化提升具有重要意义。