輸電線路暫態載流能力監測裝置及監測方法

2023-12-05 20:19:16

專利名稱：輸電線路暫態載流能力監測裝置及監測方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電力系統技術領域的裝置及其方法，具體是一種輸電線路暫 態載流能力監測裝置及監測方法。
背景技術：
隨著我國國民經濟高速發展和電網建設持續高速發展，電網規模逐年增加，電網 密度逐漸增大，輸電線路走廊呈日益緊缺之勢。最大限度的發揮現有線路走廊資源，提高線 路的輸送能力，不僅是提高資源利用效率的需要，也是建設堅強的智能電網的必然要求。目前動態載流量計算穩態熱平衡條件下線路實際允許通過負荷，由於導線自身材 料的影響，其溫升達到穩態熱平衡是需要一段時間的。常規設計中，負荷選截面積的理論出 發點是30分鐘導線達到穩定溫升，而大中型截面積導線的發熱時間常數τ大多在10 15 分鐘。因此，為了充分利用輸電線路的傳輸能力，在故障短時負荷情況下必須考慮線路的暫 態運行問題，即考慮故障情況下線路的暫態載流量大小。當導線中通過電流時，根據熱平衡 原理有如下的暫態熱平衡方程。
權利要求
1.一種輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵在於，包括 第一數據採集終端，設置在輸電線的杆塔上；包括第一採集單元，完成對環境溫度、風速及風向的採集；第一控制單元，控制所述的第一數據採集終端的正常運行、提供穩定電源、控制數據存 儲、控制第一傳輸單元完成數據通信；第一傳輸單元，通過其將採集的數據發送到監控後臺； 第二數據採集終端，設置在輸電線上；包括 第二採集單元，完成對輸電線的溫度、輸電線負荷電流的採集； 第二控制單元，控制所述的第二數據採集終端的正常運行、提供穩定電源、控制數據存 儲、控制第二傳輸單元完成數據通信；第二傳輸單元，通過其將採集的數據發送到監控後臺；監控後臺，負責監測數據的接收、分析及計算出線路最大載流量和最長安全時間兩個 指標。
2.根據權利要求1所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵是，所述的第一採 集單元包括相互獨立設置的溫度測量模塊及風速風向測量模塊，所述的溫度測量模塊及 所述的風速風向測量模塊依次通過模擬開關、隔離保護電路及第一模數轉換器與所述的第 一控制單元連接；其中所述的溫度測量模塊及所述的風速風向測量模塊分別用於採集環境溫度、風速及風向；所述的隔離保護電路，用於模擬信號的隔離、隔絕外界的幹擾； 所述的第一模數轉換器用於將上述模塊採集到的信號轉換成數位訊號； 所述的第二採集單元包括相互獨立設置的輸電線負荷電流測量電路及輸電線溫度測 量電路；其中所述的輸電線負荷電流測量電路包括相互耦合的導線電流測量模塊及輸電線信號調 理電路；所述的輸電線溫度測量電路包括兩個溫度探頭；所述的輸電線負荷電流測量電路及所述的輸電線溫度測量電路通過第二模數轉換器 與第二控制單元連接。
3.根據權利要求1或2所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵是，所述的第一 控制單元包括第一主控單片機以及與所述的第一主控單片機耦合的第一電源管理模塊、 貯存模塊及時鐘模塊；其中所述的第一主控單片機，控制所述的第一數據採集終端的正常運行； 所述的第一電源管理模塊，用於給第一數據採集終端提供穩定的電源，保證其正常運行；所述的貯存模塊，用於暫存數據包序號，時間信息，電池信息，氣候信息；所述的時鐘模塊，用於提供一個時鐘脈衝，使第一數據採集終端基於所述的脈衝工作；所述的第二控制單元包括第二主控單片機及與所述的第二主控單片機耦合的第二電 源管理模塊、貯存模塊及時鐘模塊；其中所述的第二主控單片機，控制所述的第二數據採集終端的正常運行； 所述的第二電源管理模塊，用於給第二數據採集終端提供穩定的電源，保證其正常運行；所述的貯存模塊，用於暫存數據包序號，時間信息，電池信息，導線溫度和線路電流信息；所述的時鐘模塊，用於提供一個時鐘脈衝，使第二數據採集終端基於所述的脈衝工作。
4.根據權利要求3所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵是，所述的第一電 源管理模塊包含相互耦合的太陽能電池板方陣、第一電源控制器、蓄電池組；其中所述的第一電源控制器，用於對所述的太陽能電池板方陣輸出電壓進行控制和調配； 所述的第二電源管理模塊包括相互耦合連接的輸電線取電線圈、第二電源控制器及 相互並聯的蓄電池組；其中所述的輸電線取電線圈，將從輸電線上通過感應取電方式得到的交流電能轉換為直流電；第二電源控制器將直流電轉化為所需電壓的穩定直流電； 所述的蓄電池組包括相互耦合的蓄電池組和蓄電池組控制單元； 所述的蓄電池組控制單元用於對每個單獨的蓄電池進行控制，所述的蓄電池組控制單 元具有自我管理和外部控制兩種工作模式。
5.根據權利要求4所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵是，所述的蓄電池 組包括相互耦合的蓄電池組和蓄電池組控制單元；所述的蓄電池組控制單元用於對每個 單獨的蓄電池進行控制，所述的蓄電池組控制單元具有自我管理和外部控制兩種工作模 式。
6.根據權利要求1所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵是，所述的第一傳 輸單元通過串口與所述的第一控制單元連接；所述的第二控制單元通過串口與所述的輸電 線控制單元連接。
7.根據權利要求1或3所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵在於，所述的第 一數據採集終端與所述的第二數據採集終端通過GPS進行對時，保證時鐘的一致性。
8.根據權利要求2所述的輸電線路暫態載流能力監測裝置，其特徵在於，所述的溫度 測量模塊及所述的溫度探頭選用能低供電電壓且輸出電壓與測量溫度比例呈線性的關係 的傳感器；所述的風速風向測量模塊選用三杯式感應器；所述的導線電流測量模塊採用羅 氏線圈。
9.根據權利要求1所述裝置的監測方法，其特徵在於，包括如下步驟Si，通過在待評估輸電線路杆塔上安裝第一數據採集終端得到當前時間的環境溫度 Ta、風速Vw和風向dw ；S2，通過在待評估輸電線路上安裝所述的第二數據採集終端得到當前時間的導線溫度 Tc和當前電流I ；S3，第一數據採集終端和第二數據採集終端通過無線通訊方式將測量得到的風速Vw、 風向dw、導線溫度Tc和當前電流I傳輸到監控後臺；S4，監控後臺參照IEEE738-2006標準計算給定剩餘時間的暫態載流量It和給定最大 電流下的安全時間Tr。
10.根據權利要求9所述的監測方法，其特徵是，所述的步驟S4的計算包括以下步驟 S4. 1，監控後臺參照IEEE738-2006標準根據本裝置實測的風速、風向、導線溫度和電 流I計算出交流電阻RTc、日照吸熱Qs、對流散熱Qc和輻射散熱Qr ；S4. 2，利用Rimge-Kutta公式計算暫態熱平衡方程得到給定剩餘時間為Tr時，最大暫 態載流量It，即最大暫態載流量指標；S4. 3，利用Rimge-Kutta公式計算暫態熱平衡方程得到給定最大電流為It時，最長安 全時間Tr，即最長安全時間指標；所述的暫態熱平衡方程是指1 =+(^(1)+^-2^)-^(7:)),其中M為導線單位長度的質量；Cp為導體材料的比熱容，RTc為交流電阻，Qs為日照 吸熱，Qc為對流散熱和Qr為輻射散熱。
全文摘要
一種電力系統技術領域的輸電線路暫態載流能力監測裝置及監測方法，該裝置包括第一數據採集終端，設置在輸電線的杆塔上；第一採集單元；第一控制單元；第一傳輸單；第二數據採集終端，設置在輸電線上；第二採集單元；第二據控制單元；第二傳輸單元。線路最大載流量能明確的告知調度人員該線路在當前剩下的故障消除時間下還有多大的載流能力，即該線路還能通過多大的電流。最長安全時間能明確告知調度人員該線路在該故障電流下，線路導線溫度上升到最大允許運行溫度還有多長時間，即故障處理還有多長時間。這兩個指標能協助調度人員在最短的時間內選擇最安全最經濟的故障消除方式。
文檔編號G01R31/00GK102141591SQ20111000121
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者劉亞東, 江秀臣, 王孔森, 盛戈皞, 高強 申請人:上海交通大學