[发明专利]一种基于BOTDR测温技术的架空线路动态增容方法

摘要

本发明涉及一种架空线路动态增容方法，尤其是涉及一种基于BOTDR测温技术的架空线路动态增容方法。本发明利用OPGW上的BOTDR测温技术对架空线路周围环境温度进行分布式测量，通过牛顿迭代法推导出导线温度，将导线实时温度瓶颈点带入新的热平衡公式，从而计算出实时载流量。计算证明，该方法能够有效地提高线路载流量，对线路载流量设计优化有理论指导作用。该方法不需要额外的温度传感设备，降低了一般DTR设备的成本，维护较简单，可靠性高，能够被广泛地应用到电网中去，发挥出输电线的真实容量。

主权项

1.一种基于BOTDR测温技术的架空线路动态增容方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过BOTDR设备对整条输电线路各点进行环境温度的连续测量，获得输电线路沿线各点的环境温度‑时间序列，具体包括：步骤1.1在测温系统中，BOTDR设备产生脉冲光经OPGW光缆光纤的一端定向射入光纤通道；光脉冲在光纤里面不断地向前传播，当受到突变的声波场的作用时就会产生布里渊散射，其中有一小部分传播方向与入射方向相反的背向布里渊散射光会携带光纤的温度和应变特征返回光纤发射端的BOTDR设备；步骤1.2通过对背向布里渊散射光频率漂移的分析，得到此刻整条测温光缆沿线的环境温度分布，即测得架空线路的环境温度；步骤2，将测得的环境温度换算成导线温度，记录并保存导线温度最大值处的温度‑时间序列，具体包括：步骤2.1，对处于同一空间位置的OPGW和输电线的热平衡方程运算过程进行化简；步骤2.2，通过牛顿迭代法对导线温度进行求解；步骤3，从导线温度最大值处的温度‑时间序列中，选取连续四次温度采样值带入热平衡公式，计算一组环境隐性容量系数向量，具体是根据步骤2测得的环境温度计算出导线温度，得到导线温度随时间变化的序列，将温度信息带入化简后的热平衡公式中，由于只有三个未知参数个数，因此连续采样四次就能确定方程的系数，由于每个时刻估计不相关，因此估计结果相互独立，解出一组环境隐性容量系数向量；步骤4，计算架空线路实时最大载流量，并不断实时更新，具体是：当已知当前一组系数向量S_k＝[θ_1,k,θ_2,k,θ_3,k]^T和初始温度T_k，在之后的一段时间内，最大载流量按照下面的公式来计算得到：式中，T_max根据我国电力设计规程规定输电线的导线允许最大温度限额取值；取连续的四个采样周期的温度变化均值；所述步骤2.1的具体方法是：由于在架空输电线上，处于同一空间位置的OPGW和输电线的热平衡方程简写成如下：OPGW：q_co+q_ro‑q_so＝0架空输电线：I²R(T_c)‑q_cc‑q_rc+q_sc＝0上式中，I是输电线载流量，R(T_c)是温度T_c时导线每千米的交流电阻，q_so和q_sc分别为OPGW和导线的日照吸热，均为未知量；q_ro和q_rc分别是OPGW和导线的辐射散热，q_co和q_cc分别是OPGW和导线的对流散热；表达式分别为：q_ro＝16.03D_o×10^‑8[(T_o+273)⁴‑(T_a+273)⁴]q_rc＝16.03D_c×10^‑8[(T_c+273)⁴‑(T_a+273)⁴]q_co＝h(t)D_o^0.75(T_o‑T_a)q_cc＝h(t)D_c^0.75(T_c‑T_a)在上式里，认为OPGW光缆和架空输电线有相同表层材料特性，即对流散热系数h(t)＝0.0205ρ_f^0.5相同，其中ρ_f为空气密度；T_o为OPGW传感光纤测得的温度，T_c为导线温度，T_a为环境温度；D_o与D_c分别为OPGW和导线的直径；由于OPGW和输电线处于同一自然空间位置，两者受到的日照辐射相同，所以日照吸热有下面的关系：带入上式得到：I²R(T_c)＝D_c[(T_c+273)⁴‑(T_a+273)⁴]+0.0205ρ_f^0.5D_c(T_c‑T_a)对运算过程进行化简，公式如下，β＝ζI^τ当导线标准截面确定后，ζ和τ都是常量，即R(T_c)＝βR_dR_d＝R₂₀[1+α(T_c‑20)]其中，R_d为工作温度下导体的直流电阻，R₂₀是20℃的直流电阻；其中，d为铝单线直径，mm；ρ₂₀为铝单线的电阻率，取2.8264×10^‑8(20℃)，Ω·m；N为铝线总根数；λ_am为铝线平均绞入率按各层铝线平均节距比计算；α为温度系数，铝取0.00403，1/℃；T_c为导体工作时的温度℃。