本發(fā)明屬于輸電線路融冰技術(shù)；尤其涉及一種考慮水膜的輸電線路融冰時間計算方法。
背景技術(shù)：
輸電線路的電熱融冰計算模型是設(shè)計融冰裝置和選擇融冰方案的理論基礎(chǔ)，合理的融冰模型有利于研究各影響因子對融冰過程的影響，為選擇融冰激勵源的參數(shù)和計算融冰時間提供理論依據(jù)，對于提高電網(wǎng)預(yù)防冰災(zāi)事故的能力和改善融冰技術(shù)具有重要意義。
現(xiàn)有技術(shù)對輸電線路覆冰研究大多集中在覆冰的形成過程和影響條件，對輸電線路融冰過程及電熱融冰特性的研究較少。在現(xiàn)有的融冰模型中，一般采用圓柱體模型而且沒有將融冰過程中產(chǎn)生的水膜考慮在內(nèi)；實際上，由于在迎風(fēng)側(cè)的覆冰量比背風(fēng)側(cè)的多，覆冰的形狀更接近于橢圓，同時在冰層融化時會產(chǎn)生一定厚度的水膜，而水膜與冰的熱傳導(dǎo)不同；現(xiàn)有技術(shù)并沒有考慮這些因素，導(dǎo)致輸電導(dǎo)線融冰計算模型的實用性和計算準(zhǔn)確性較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：提供一種考慮水膜的輸電線路融冰時間計算方法；以解決現(xiàn)有技術(shù)的輸電線路融冰模型采用圓柱體模型而且沒有將融冰過程中產(chǎn)生的水膜考慮在內(nèi)；同時在冰層融化時會產(chǎn)生一定厚度的水膜，而水膜與冰的熱傳導(dǎo)不同；現(xiàn)有技術(shù)并沒有考慮這些因素，導(dǎo)致輸電導(dǎo)線融冰計算模型的實用性和計算準(zhǔn)確性較差等技術(shù)問題。
本發(fā)明技術(shù)方案：
一種考慮水膜的輸電線路融冰時間計算方法，它包括：
步驟1、融冰開始前導(dǎo)線溫度tw，冰層溫度ti，環(huán)境的溫度te相同設(shè)為ts
tw＝ti＝te＝ts(1)
步驟2、計算融冰區(qū)域的面積am和剩余冰區(qū)域的面積ar
ar＝πab-πr2-am(3)
步驟3、計算導(dǎo)線從溫度tw上升到0℃所需要吸收的熱量q1
q1＝cwρwaw(0-tw)(4)
式中cw為導(dǎo)線的比熱容，ρw為導(dǎo)線密度，aw為導(dǎo)線的截面積；
步驟4、計算冰從溫度ti上升到0℃所需要吸收的熱量q2
q2＝ciρiam(0-ts)(5)
式中ci為冰的比熱容，ρi為冰的密度；
步驟5、計算冰繼續(xù)吸收熱量融化成水，所需熱量q3
q3＝ρiamli(6)
式中l(wèi)i為冰的融化潛熱；
步驟6、計算剩余冰層吸收的熱量q4
q4＝ciρiar(0-ts/2)(7)
步驟7、計算冰層表面所散失的熱量q5
式中：hc，hr分別為對流散熱系數(shù)和輻射熱系數(shù)；對流散熱qc和輻射散熱qa；ti(θ)和di(θ)分別為角度θ所對應(yīng)的冰層外表面的溫度和冰層厚度，兩者皆為角度θ的函數(shù)。
步驟8、計算融冰時間t
式中：i為融冰電流，ρ為導(dǎo)線電阻率，l為導(dǎo)線長度，dr0為電阻微元。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供一種輸電線路電熱融冰考慮融冰過程產(chǎn)生水膜影響的橢圓二維計算方法。在融冰開始前視導(dǎo)線和冰層與環(huán)境溫度相同，且導(dǎo)線是熱的良導(dǎo)體，在融冰過程中視導(dǎo)線為等溫體。如圖1所示將覆冰的形成以及融冰過程為四個階段：第一階段，橢圓型覆冰，在風(fēng)的影響下，導(dǎo)線覆冰的迎風(fēng)側(cè)的覆冰比背風(fēng)側(cè)的多；第二階段，融冰產(chǎn)生水膜，融冰開始后，導(dǎo)線溫度升到0i后首先融化與導(dǎo)線直接接觸的冰層內(nèi)表面，產(chǎn)生厚度為x的水膜；第三階段，冰層旋轉(zhuǎn)，在重力的作用下冰柱沿豎直方向運動；第四階段，冰層脫落，隨著融冰的繼續(xù)，導(dǎo)線上升到距離上冰層外表面一個水膜厚度的時候視為融冰結(jié)束。
本發(fā)明的技術(shù)特點：
將融冰過程分為橢圓型覆冰、融冰產(chǎn)生導(dǎo)線—水膜、冰層旋轉(zhuǎn)、冰層脫落四個階段，體現(xiàn)了輸電導(dǎo)線電熱融冰過程中的規(guī)律與特性。
考慮了水膜對融冰過程的影響，體現(xiàn)了融冰過程中冰水混合熱特性，使融冰計算模型更合理。
本發(fā)明合理地模擬了輸電導(dǎo)線電熱融冰過程，使融冰過程熱量分析更為準(zhǔn)確，從而可更準(zhǔn)確計算電熱融冰所需要熱量與融冰時間等參數(shù)。為輸電線路電熱融冰裝置設(shè)計與融冰方案的選擇提供理論依據(jù)，對預(yù)防電網(wǎng)冰災(zāi)事故和提高融冰技術(shù)具有重要意義；解決了現(xiàn)有技術(shù)的輸電線路融冰模型采用圓柱體模型而且沒有將融冰過程中產(chǎn)生的水膜考慮在內(nèi)；同時在冰層融化時會產(chǎn)生一定厚度的水膜，而水膜與冰的熱傳導(dǎo)不同；現(xiàn)有技術(shù)并沒有考慮這些因素，導(dǎo)致輸電導(dǎo)線融冰計算模型的實用性和計算準(zhǔn)確性較差等技術(shù)問題。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明輸電線路融冰過程模型示意圖。
具體實施方式：
本發(fā)明提供一種考慮水膜的輸電線路融冰時間計算方法。在融冰開始前視導(dǎo)線和冰層與環(huán)境溫度相同，且導(dǎo)線是熱的良導(dǎo)體，在融冰過程中視導(dǎo)線為等溫體。如圖1所示將覆冰的形成以及融冰過程為四個階段：第一階段，橢圓型覆冰，在風(fēng)的影響下，導(dǎo)線覆冰的迎風(fēng)側(cè)的覆冰比背風(fēng)側(cè)的多；第二階段，融冰產(chǎn)生水膜，融冰開始后，導(dǎo)線溫度升到0i后首先融化與導(dǎo)線直接接觸的冰層內(nèi)表面，產(chǎn)生厚度為x的水膜；第三階段，冰層旋轉(zhuǎn)，在重力的作用下冰柱沿豎直方向運動；第四階段，冰層脫落，隨著融冰的繼續(xù)，導(dǎo)線上升到距離上冰層外表面一個水膜厚度的時候視為融冰結(jié)束。其中設(shè)水膜的厚度為x，導(dǎo)線的半徑為r，橢圓覆冰的長半軸和短半軸分別為a，b；ti(θ)為角θ處對應(yīng)的冰層外表面的溫度；dθ為微角元。
一種考慮水膜的輸電線路融冰時間計算方法，它包括：
步驟1、融冰開始前導(dǎo)線溫度tw，冰層溫度ti，環(huán)境的溫度te相同設(shè)為ts
tw＝ti＝te＝ts(1)
步驟2、計算融冰區(qū)域的面積am和剩余冰區(qū)域的面積ar
ar＝πab-πr2-am(3)
步驟3、計算導(dǎo)線從溫度tw上升到0℃所需要吸收的熱量q1
q1＝cwρwaw(0-tw)(4)
式中cw為導(dǎo)線的比熱容，ρw為導(dǎo)線密度，aw為導(dǎo)線的截面積。
步驟4、計算冰從溫度ti上升到0℃所需要吸收的熱量q2
q2＝ciρiam(0-ts)(5)
式中ci為冰的比熱容，ρi為冰的密度。
步驟5、計算冰繼續(xù)吸收熱量融化成水，所需熱量q3
q3＝ρiamli(6)
式中l(wèi)i為冰的融化潛熱；
步驟6、計算剩余冰層吸收的熱量q4
q4＝ciρiar(0-ts/2)(7)
步驟7、計算冰層表面所散失的熱量q5
式中：hc，hr分別為對流散熱系數(shù)和輻射熱系數(shù)；對流散熱qc和輻射散熱qa；ti(θ)和di(θ)分別為角度θ所對應(yīng)的冰層外表面的溫度和冰層厚度，兩者皆為角度θ的函數(shù)。
步驟8、計算融冰時間t
式中：i為融冰電流，ρ為導(dǎo)線電阻率，l為導(dǎo)線長度，dr0為電阻微元。