【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，属于输电线路状态监测与诊断领域。
技术介绍
1、大气覆冰是一种对架空输电线路高度危险的自然现象。严重的架空输电线路覆冰灾害会造成广泛的严重损害，如导线舞动、绝缘子闪络、结构失效，甚至电网崩溃，给加拿大、美国、中国和许多其他国家带来巨大的经济损失。
2、2008年1月，中国南方持续了20多天的严重雨雪冰冻天气。输电线路覆冰厚度超过50毫米，远大于覆冰设计值。受重冰荷载和动力效应(脱冰或舞动)的影响，7000多条10kv以上架空输电线路停运。这次冰雪灾害造成的经济损失超过1300亿人民币。
3、大气结冰是描述由过冷水滴或湿雪引起的特殊积冰现象的总称。根据密度和其他物理性质，架空输电线路上的大气覆冰可分为几种类型:釉冰、硬雾凇、软雾凇、湿雪和干雪。由于密度高、附着力强，硬雾凇和釉的结冰是电力设备失效的主要原因。因此，人们对高密度结冰的生长模型和融化方法进行了深入的研究。相反，软雾凇的典型密度范围为300至600千克/立方米。这通常不会对架空输电线路造成严重的负载问题。然而，软故障是导致一些故障的重要因素。
4、受气象参数和电流焦耳热的影响，软雾凇结冰可能会变成密度更大的硬雾凇，这是由冰晶融化和再冻结引起的。更糟糕的是，低密度的软雾凇可能会继续生长，在一些极端天气条件下变成一个非常大的冰壳。例如，1961年4月，输电线路导线上的椭圆形覆冰的特征直径已经达到1.4m和0.95m，在挪威lonahorgi山顶的1m架空输电线路上覆冰壳的质量达到350
5、然而，这些研究成果不能直接应用于解决软雾凇问题，因为软雾凇的融化过程有许多不同的特征。一方面，软雾凇的结构疏松多孔，典型的粗糙元高度为3-5mm。此外，这种特殊的结构可能导致传热系数和结冰导热系数等热参数的显著差异。
6、另一方面，由于软雾凇的海绵状结构，焦耳热引起的熔融液体不会冲下，被海绵状结构吸收，形成冰水混合物层。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一个输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，通过在人工气候室中对数值模拟结果进行研究以此来进行大电流融冰时间的预测。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一个输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，包括以下步骤：
3、步骤1、对于近似圆形是过度结冰灾害中更常见的横截面，本专利将模型建立为圆形，如果负载电流大于最小融冰电流，内部冰壳将逐渐融化，覆冰壳与导线之间将出现气隙。由于雾凇自然消融中的热量来源于自然条件，融冰能量的不可控性导致雾凇融化缓慢，且融水会被冰树结构吸收，存在冻融循环，在每次冻融循环后，冰层密度需根据冰层持水能力重新估算。
4、因此将融冰的物质区域分为四个部分:残余软雾凇层、冰水混合物层、气隙层、导体层，且将釉面融冰过程可分为三个阶段，升温阶段、融冰阶段和脱冰阶段。
5、步骤2、升温阶段通过热能守恒方程和圆柱壁热传导的典型问题，可以得到升温阶段的时间。
6、步骤3、融冰阶段通过热能守恒方程、质量守恒方程、圆柱壁热传导的典型问题和体积守恒方程可得到融冰阶段的时间。
7、步骤4、因为导线上的覆冰脱落是一种瞬态现象，因此第三阶段的时间可以忽略不计，因此融冰总时间就可以由升温阶段和融冰阶段时间相加得到。
8、本专利技术的特点还在于，
9、步骤2按照以下步骤具体实施：
10、软雾凇融化的总时间表示为
11、tc＝t1+t2 (1)
12、其中t1表示升温阶段的时间，t2表示融冰阶段的时间。
13、根据能量守恒方程，温升阶段的热量守恒方程可以写成：
14、qj,1＝qc,1+qi,1+qd,1 (2)
15、其中qj,1表示升温阶段的焦耳热，可表示为
16、qj,1＝i2rt1 (3)
17、其中i表示流过导体的融冰电流，r表示导体的电阻率，t1表升温阶段的时间。qd,1表示散发到气流中的热量，可表示为
18、qd,1＝(qcq,1+qe,1+qr,1)t1 (4)
19、qr,1表示辐射热通量，qcq,1表示对流传热的热通量，qe,1表示升华或蒸发的热通量，一般来说，热通量可以通过不同温度下的饱和水蒸气压力来计算。
20、
21、其中hcq表示传热系数，σ表示斯特凡-玻尔兹曼常数，α表示辐射线性化常数，β是水蒸气和干燥空气的分子量之比，γ是汽化和蒸发的线性化常数，tf是环境的温度。tw,s,1表示升温阶段结冰表面的平均温度，可近似表示为
22、
23、t′w,s,1表示该阶段结束时的表面瞬时温度。考虑到结冰壳体内的热传导是一个准稳态，可以通过圆柱壁热传导的典型问题进行计算
24、
25、其中tc为导线温度，rc为导线半径，ki,1表示软雾凇的热导率，输电线路覆冰的导热系数的表达式如下
26、
27、kice表示冰的热导率，ρi表示雨凇层的密度，ρice表示冰的密度，heq表示对流传热的当量系数，它是关于对流、辐射和升华的综合系数。
28、这个综合系数可以写成
29、
30、其中pf是空气的静压，cf是空气的比热。
31、qc,1表示用于升高导体温度的焦耳热，可表示为
32、
33、其中rc表示导体的半径，ρc表示导体的密度，cc表示导体的比热。qi,1表示用于加热结冰外壳的焦耳热，可表示为
34、
35、其中ρis,1表示软雾凇的初始密度，ci表示冰的比热，ti,1表示结冰层的温度，是该计算公式的关键未知参数。本专利将导线和覆冰表面的平均值定义为覆冰温度
36、
37、其中t0表示冰水混合层的平均温度。
38、因此，升温阶段的时间为
39、
40、步骤3中融冰阶段的热量守恒方程可以写成：
41、qj,2＝qm,2+qi,2+qd,2 (14)
42、其中qj,2表示第二阶段的焦耳热，可表示为
43、qj,2＝i2rt2 (15)
44、其中t2表是融冰阶段的时间。
45、qm,2表示用于融冰的热量，可表示为
46、qm,2＝β1vi,2ρwlf (16)
47、其中ρw表示水的密度，lf表示水的冻结潜热，vi,2表示冰水混合物层的体积，β1表示冰水混合物层中水的体积百分比，qd,2表示融冰阶段消散到气流中的热量，可表示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：步骤2中软雾凇融化的总时间表示为
3.根据权利要求1所述的输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：步骤3中温升阶段的热量守恒方程可以写成：
4.根据权利要求1所述的输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：步骤4中融冰阶段的热量守恒方程能够写成：
【技术特征摘要】
1.一种输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的输电线路雾凇覆冰的大电流融冰时间预测模型，其特征在于：步骤2中软雾凇融化的总时间表示为
3.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷原，徐庆鸿，王曦，冯笑丹，王启江，焦桃利，张泓铎，李杰，刘毓彬，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司陕西分公司，
类型：发明
国别省市：
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