【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及架空输电线路动力灾变及防护，尤其涉及一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法。
技术介绍
1、电力系统中输电线路是必不可少的重要组成部分，其承担着输送和分配电能的任务，保证输电线路平稳运行是维持好社会和经济发展的重要条件之一。然而现状是输电线路绝大部分处于野外环境中，没有专门的保护措施，各种自然因素都可能对其造成损害，线路覆冰就是其中的一种。近年来，覆冰灾害事故在全国各地时有发生，给电网公司和国民经济带来的损失不可估量。针对严重的覆冰灾害事故，进行输电线路冰区的精细化划分指导差异化的抗冰改造工作，以及开展融冰除冰工作都是行之有效的防御手段。然而，冰区的精细化划分需要以长期、大量且准确的观冰数据为基础；同样，融冰除冰工作的有效开展也离不开以准确观冰数据为基础的预警机制。因此，输电线路覆冰数据的准确获取，对于冰灾防御工作具有重要意义。
2、现有的覆冰厚度测量方法主要有: 基于拉力和倾角传感器的覆冰厚度监测法、图像监测法、气象法、称重法等。基于拉力和倾角的覆冰厚度监测法要通过在线监测装置获得相应数据，而目前在线监测装置的电源可靠性问题一直没有解决，此类方法不能满足可靠性要求; 图像监测法同属在线监测装置，图像检测法通过采集输电线路实时图像，采用图像处理技术获取输电线路导线等值覆冰厚度等信息，该方法能够直观地实时监测输电线路覆冰情况，但在覆冰天气下摄像镜头经常因冰冻而失效，获得的图像质量将对覆冰厚度的监测有很大的影响。气象监测法是通过监测温度、风速、风向以及空气湿度等因素后，再通过覆冰预测模型预测覆冰厚
3、现有技术也有针对这些问题进行改进的技术，例如cn202501866u公开了一种架空线路太阳能覆冰监测装置，此装置可以使用太阳能供电，从而保证了覆冰监测装置的长期有效使用。该架空线路太阳能覆冰监测装置设置在架空线路电线塔架上；该报警装置包括太阳能板，温度覆冰双重检测器，控制器，无线发射器，其中，温度覆冰双重检测器与控制器相连接，控制器与无线发射器相连接，太阳能板分别与温度覆冰双重检测器，控制器，无线发射器连接。通过该技术方案不但能够实时监测架空线路的覆冰情况，同时还节省了大量的人力和物力，检修人员不用在恶劣的天气下，危险登山检测线路，也不用经常爬到电线塔上更换电池；检修人员仅需在监控中心等待报警信号后，而迅速赶到事故现场。本技术通过太阳能板作为装置的能源供应，有效的解决了监测系统耗能的问题，且安装了报警装置，出现问题时同时通知检修人员，使得检修人员避免了长时间待在危险系数较高的山区，减少了安全风险，但太阳能供电通常并不稳定，在冬日季节太阳通常被厚厚的云层覆盖，使得监测系统可能会出现停电的情况，架空输电线路周围电磁环境复杂，无线发射装置极易受到电磁干扰，传递错误信息甚至失效，降低了装置可靠性与安全性。
4、例如cn114636378a公开了一种基于分布式光纤温度传感覆冰厚度监测中临界风速的估算方法，所述方法包括建立未覆冰与覆冰工况下的输电线路温度场模型、根据仿真结果得到光纤温度与风速、温度和覆冰厚度的关系、计算输电线路覆冰临界风速、根据临界风速判断覆冰监测准确程度。本专利技术通过建立物理模型，采用仿真计算方法求解温度场以逼近真实情况，该方法具有自身成本低、试验研究范围广的优点，并且本专利技术通过环境温度变化率和覆冰厚度估算临界风速，然后对比外界风速和临界风速的大小，可以判断覆冰监测的结果是否准确。本专利技术在环境温度为一次函数的情况下，通过环境温度变化率以及导线覆冰的厚度估计出了临界风速，临界风速能够有效地判断覆冰厚度监测系统是否有效，但在实际情况当中，环境温度很少出现为标准的一次函数，设置环境温度为一次函数的情况下可能导致临界风速估计不准确，增加了运维人员对覆冰系统有效性判断的难度。
5、例如《电力工程技术》中“基于温度滞后相位的输电线路覆冰监测方法”一文中为获得更加符合实际环境温度下的光纤复合相线温度变化特征、覆冰与否的判据及覆冰厚度预测方法，文中建立环境温度呈正弦函数变化情况下光纤复合相线覆冰的温度场三维模型，并采用有限元方法进行求解。文中分析导线覆冰段与未覆冰段温度变化的幅值和滞后相位特征; 研究滞后相位与环境温度波动幅值、滞后相位与覆冰厚度的关系，发现环境温度波动幅值对滞后相位的影响可以忽略; 提出基于滞后相位特征的线路覆冰判据，并给出基于滞后相位的覆冰厚度预测公式。文中建模分析获得 3 种非正弦函数形式的环境温度变化下光纤温度的变化情况，基于此分析覆冰厚度的预测公式误差，仿真结果证明所提出基于滞后相位的覆冰判据和覆冰厚度预测公式的有效性。上述论文公开的基于温度滞后的覆冰厚度计算方法有效的计算了导线覆冰时覆冰厚度的大小，并且验证了在不同环境温度下的有效性，但存在着一些不足，上述论文只考虑了风速为0m/s的情况，然而架空输电线路通常架设在环境复杂的山区，环境情况恶劣，通常伴随着大风，而温度对风速的大小又十分的敏感，在风速达到一定的情况下，上述论文的方法可能会失效，从而影响监测系统的安全性与有效性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，解决了因覆冰厚度计算失效而导致的各种电力问题，填补了现有研究并未对基于滞后相位监测系统有效性判断的空白。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为，一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，包括以下步骤：
3、step1：建立起覆冰前后各类因素对输电导线温度影响的具体关系式，并建立线路覆冰识别公式与覆冰识别理论；
4、step2：建立输电导线截面模型、架空输电线路覆冰与未覆冰时温度场与风场模型，设置环境温度为正弦时变函数，并划分模型的网格，设置模拟运行时长及数据获取时间步长；
5、step3：建立滞后相位与滞后时长之间的关系式，通过仿真模拟建立基于滞后相位的覆冰厚度计算公式；
6、step4：讨论不同因素对滞后相位的影响；
7、step5：定义临界风速并建立临界风速与覆冰厚度的关系式，并验证在其他环境温度下临界风速计算公式的有效性。
8、优选的方案中，所述step1中的各类因素包括太阳辐射、对流散热、辐射散热，它们与输电导线之间的关系式为：
9、（1）
10、其中，α为吸热系数； j为太阳辐射率； d为架空输电线直径； kal为铝线的导热系数； t为线缆温度； ra为瑞利数； pr为普朗克数；为铝线的辐射系数；σ为玻尔兹曼常本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step1中的各类因素包括太阳辐射、对流散热、辐射散热，它们与输电导线之间的关系式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step1中的覆冰识别公式分为覆冰前与覆冰后识别公式，其理论为太阳照射引起的太阳辐射传热、空气流动引起的对流散热和辐射散热因素会引起线路温度变化；由于光缆的比热容与冰的比热容的不同，覆冰时要到达未覆冰时的温度要吸收更多的热量，这导致了覆冰段的温度变化要滞后于未覆冰段。
4.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step2中的温度场与风场模型是利用仿真软件所建立，风速设置为0m/s、1m/s、2m/s、3m/s、5m/s、10m/s，环境温度设置如下式所示：
5.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其
6.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step3中通过仿真模拟建立基于滞后相位的覆冰厚度计算公式的具体方法为，设置0mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm覆冰工况下将导线置于0风速温度场中进行仿真，获取不同覆冰厚度下光纤温度的滞后相位，最后将所获得数据进行拟合得到覆冰基于温度滞后相位的覆冰厚度计算公式。
7.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step4中讨论不同因素对滞后相位的影响，指的是讨论焦耳热、风速、环境温度均值、环境温度波动幅值对滞后相位的影响。
8.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step5中定义临界风速指的是在不同覆冰厚度下，考虑滞后相位测量准确性的基础上，可有效识别架空输电线覆冰状态的最大风速值，将此最大风速定义为临界风速，考虑到测量仪器的精确性，考虑覆冰时与未覆冰时相位差为6°时作为临界风速的判据。
9.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step5中建立临界风速与覆冰厚度的关系式具体方法为，设置一个覆冰厚度，然后在温度场及风速场中从0逐渐增加风速，若达到某一风速值时此覆冰厚度下光缆温度与未覆冰时光缆温度的相位相差6°，那么这一风速则为这一覆冰厚度下的临界风速，依次设置覆冰厚度为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm，最后将不同覆冰厚度下的临界风速相拟合获得临界风速与覆冰厚度的关系式。
10.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step5中验证在其他环境温度下临界风速计算公式的有效性指的实际生活中环境温度的变化并不是完全按照正弦函数形式变化的，因此设置其他四种非严格正弦函数形式的环境温度TR1（t）、TR2（t）、TR3（t）、TR4（t），来验证临界风速计算公式的有效性，公式分别如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step1中的各类因素包括太阳辐射、对流散热、辐射散热，它们与输电导线之间的关系式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step1中的覆冰识别公式分为覆冰前与覆冰后识别公式，其理论为太阳照射引起的太阳辐射传热、空气流动引起的对流散热和辐射散热因素会引起线路温度变化；由于光缆的比热容与冰的比热容的不同，覆冰时要到达未覆冰时的温度要吸收更多的热量，这导致了覆冰段的温度变化要滞后于未覆冰段。
4.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step2中的温度场与风场模型是利用仿真软件所建立，风速设置为0m/s、1m/s、2m/s、3m/s、5m/s、10m/s，环境温度设置如下式所示：
5.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step3中的所述的滞后相位与滞后时长的关系式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于滞后相位的覆冰厚度监测系统有效性判断方法，其特征在于，所述step3中通过仿真模拟建立基于滞后相位的覆冰厚度计算公式的具体方法为，设置0mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm覆冰工况下将导线置于0风速温度场中进行仿真，获取不同覆冰厚度下光纤温度的滞后相位，最后将所获得数据进行拟合得到覆冰基于温度滞...
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