考虑电热耦合影响的牵引网导线载流量及温度计算方法研究

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通过分析牵引网输电线路热平衡方程可以知道,计算导线载流量及温度过程中需要采集的气象地理环境因素多(风速、风向、日照强度及环境温度等),并且由于导线所处环境参数复杂多变而难以监测,以及监测装置本身的品控问题,这就会导致监测结果的精度不高,从而影响计算结果的准确性。因此以IEEE-738模型为基础,推导出了基于等效参数的热平衡方程式。该方法将对流换热系数和等效太阳日照辐射吸热功率代入稳态热平衡方程中,进而分析输电导线电热耦合关系,使得导线载流量及温度的计算过程变得简单且精度也在允许范围内。通过比较分析基于等效参数的计算模型与其他目前国际常用的计算模型的计算结果进行对比,可以看出基于等效参数的计算模型的载流量以及温度计算结果满足计算要求,同时简化了计算过程,降低了监测成本。本文主要研究工作如下:(1)基于暂态热平衡方程式,推导出了牵引网输电线路温度变化为零时的稳态热平衡方程。以IEEE-738模型为基础对对流散热功率、辐射吸热功率、辐射散热功率和焦耳热功率的计算过程进行了仔细分析。由于交流电阻计算十分复杂,因此对交流电阻取值进行了分析,并进行了适当简化,最终得到输电导线载流量的计算公式以及温度的计算流程。(2)通过对处在相同风速和风向角的气象环境下的牵引网导线,研究分析了输电导线周围空气层的温度变化对于对流散热系数的影响,得出了在相同气候地理条件下输电导线周围空气层的温度变化对于对流散热系数的影响很小的结论,可以在相同风速条件下,采用同一个对流散热系数来代替其他在不同导线温度下计算的对流散热系数。对太阳日照辐射吸热功率采用相同方法进行了分析。考虑到在牵引导线直径相同的情况下,可以采用同一个的等效太阳日照辐射吸热功率来代替在其他日照辐射量不同情况下计算得到的太阳日照辐射吸热功率。(3)首先将对流散热功率中除温度外的系数整合得到对流换热系数,其次利用稳态热平衡方程列出关于对流换热系数和等效太阳日照辐射吸热功率的方程组,最后通过解方程组得到未知量,再将得到的未知量建立基于等效参数的热平衡方程式。由此方法计算牵引网导线载流量以及温度的过程将得到简化。(4)对目前常用的CIGRE模型、IEEE模型、Morgan公式和GB模型进行了详细介绍,并对这几种计算模型的优缺点进行比较分析。最后,在相同地理环境因素的条件下,将以上4种模型计算结果与等效参数计算法的导线载流量以及温度的计算结果进行仿真比较,最终验证了等效参数法的可行性。
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