一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置及方法与流程

本发明涉及一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置及方法，属于高电压绝缘子试验技术领域。

背景技术：

近年来，受灾害性气象条件的影响，架空输电线路绝缘子串风偏事故发生的频率和强度明显增加，已经造成了巨大的经济损失，严重影响了电网的安全运行。输电线路绝缘子串风偏是在外界风力的作用下所产生的绝缘子串摆动现象，悬垂绝缘子在摆动过程中产生的角度偏移称为风偏角。而绝缘子串风偏的形成通常由两方面的原因决定：外界风力和输电线路结构。在实际环境中，绝缘子串的风偏角大小具有很大的随机性，风偏角较小时会导致相间闪络、绝缘子串损坏，较大时则会导致间隙放电，甚至导致线路跳闸、杆塔损坏、输电线路折断等电力事故，最终导致重大的电力资源损坏。而其中发生风偏闪络事故的原因主要是导线和绝缘子串在强风下偏角过大，使得导线与杆塔最小间隙距离过小。

随着我国“西电东送”工程的实施，远距离，高电压等级，大容量的输电线路必然越来越被广泛使用，这样一来输电线路的绝缘子串风偏放电问题便值得我们去重点关注和研究，从而找到一种可行的方案解决这个难题。而如今我们为了保证输电线路安全稳定运行，只能加强绝缘子串风偏的监测工作，尽可能降低其带来的影响。现在绝缘子串风偏监测系统主流的方法都是测量风偏角，然后利用复杂的数学公式求取导线与杆塔的最小距离，然后判断其值是否在安全间隙之内。然而这种方法测量时候就会产生一定的误差，所用的数学公式本身也不能完全反映风偏角与最小距离存在这种关系，其中还存在许多不确定的参数，或者说某些因素采用的估算值，因此这种方法所带来的误差将会很大。

综上所述，测量绝缘子串风偏角和利用数学公式求取导线与杆塔最小距离的方法误差较大，因此我们需要寻求一种操作简单且误差较小的测量方法来代替此方案。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置及方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置，包括角度传感器、超声波传感器、风速风向传感器、温湿度传感器、微处理器、通信模块、天线和电源模块；所述角度传感器、超声波传感器、风速风向传感器、温湿度传感器和通信模块均与微处理器连接，所述通信模块与天线连接，所述电源模块为各模块供电。

还包括屏蔽盒，所述电源模块、微处理器和通信模块均设置在屏蔽盒内。

还包括机箱，所述屏蔽盒设置在机箱内，超声波传感器、风速风向传感器、温湿度传感器和天线设置在机箱外表面，角度传感器加装在超声波传感器上。

一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置的测量方法，包括，

将所述测量装置悬挂在绝缘子串下面，并与监控中心通信，超声波传感器沿水平方向对准杆塔，与超声波传感器相对的杆塔一侧包裹有遮挡物，角度传感器的测量基准线与水平方向平行；

超声波传感器发射和接收超声波，角度传感器测得其测量基准线与垂直于杆塔的垂直线之间的角度θ，风速风向传感器测得测量时的风力和风向，温湿度传感器测得外部环境的温度t和相对湿度RH％；

微处理器记录超声波在空气中传播的时间Δt，接收风力、风向、温度t、相对湿度RH％和角度θ，根据时间Δt、温度t、相对湿度RH％和角度θ计算出风偏时导线与杆塔的最小距离L，并将最小距离L以及各个测量装置所测得的数据发送给监控中心。

遮挡物遮挡的区域长度不小于导线与杆塔最小距离点变动的范围长度。

计算出风偏时导线与杆塔的最小距离L的公式为，

L＝L₀cosθ

P₂＝P₁×RH％

其中，L₀为绝缘子串处悬挂的导线与杆塔的水平距离，V为超声波在当前环境温度和湿度下的传播速度，P₂为空气中水蒸气的分压强，P为标准大气压，P₁为当前环境温度下的水饱和蒸汽压。

本发明所达到的有益效果：本发明不需要通过测量风偏角以及经过数学几何计算的间接方法来得到导线与杆塔的最小距离，仅仅是利用超声波传感器发射的超声波遇到障碍物将会反射回这一性质，从而精确地测量出导线与杆塔的最小距离，结构和操作简单，误差较小。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图。

图2为本发明装置的外部示意图。

图3为本发明装置测量时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和2所示，一种绝缘子风偏时导线与杆塔的最小距离测量装置，包括机箱6、屏蔽盒7、角度传感器1、超声波传感器2、风速风向传感器4、温湿度传感器3、微处理器9、通信模块10、天线5和电源模块8。

机箱6为常见的不锈钢矩形机箱6，顶部铰接有翻盖，屏蔽盒7采用铜铝合金材质，能够屏蔽干扰，降低装置的测量误差，屏蔽盒7顶部也铰接有翻盖，电源模块8、微处理器9和通信模块10均设置在屏蔽盒7内，超声波传感器2、风速风向传感器4、温湿度传感器3和天线5设置在机箱6外表面，更具体的是风速风向传感器4设置在机箱6顶部，超声波传感器2、温湿度传感器3和天线5设置在机箱6外侧面上，角度传感器1加装在超声波传感器2上。角度传感器1、超声波传感器2、风速风向传感器4、温湿度传感器3和通信模块10均与微处理器9连接，通信模块10与天线5连接，电源模块8采用常见的蓄电池，为各模块供电。

上述测量装置的测量方法具体如下：

步骤1，如图3所示，将所述测量装置悬挂在绝缘子串12下面，并与监控中心通信，超声波传感器2沿水平方向对准杆塔11，与超声波传感器2相对的杆塔11一侧包裹有遮挡物，角度传感器1的测量基准线与水平方向平行。

遮挡物不能太厚，可采用常见的雨布，雨布能够将面向超声波传感器2杆塔11一侧的镂空遮挡住，使超声波能够反射，雨布遮挡的区域长度不小于导线与杆塔11最小距离点(即图3中的S点)变动的范围长度。

步骤2，超声波传感器2发射和接收超声波，角度传感器1测得其测量基准线与垂直于杆塔11的垂直线之间的角度θ，风速风向传感器4测得测量时的风力和风向，温湿度传感器3测得外部环境的温度t和相对湿度RH％。

步骤3，微处理器9记录超声波在空气中传播的时间Δt，接收风力、风向、温度t、相对湿度RH％和角度θ，根据时间Δt、温度t、相对湿度RH％和角度θ计算出风偏时导线与杆塔11的最小距离L，并将最小距离L以及各个测量装置所测得的数据发送给监控中心。

计算风偏时导线与杆塔11的最小距离L的原理如下：

根据水在不同温度下的饱和蒸气压表计算当前温度下的饱和蒸气压P₁，而空气中水蒸气的分压强P₂为，

P₂＝P₁×RH％

以此可以计算出超声波在当前环境温度和湿度下的传播速度V，

其中，P为标准大气压，

根据超声波传感器2发射的超声波遇到遮挡物会反射回传感器的这一性质，我们可以得到超声波在空气中传播的时间Δt＝t₂-t₁，t₁、t₂分别为超声波发射时刻和接收时刻，视超声波发射点与杆塔11的水平距离为绝缘子串12处悬挂的导线与杆塔11的水平距离L₀，

利用三角函数关系可以求出超声波发射点到杆塔11的垂直距离，也就是我们希望得到的导线与杆塔11的最小距离L＝L₀cosθ。

本发明不需要通过测量风偏角以及经过数学几何计算的间接方法来得到导线与杆塔11的最小距离，仅仅是利用超声波传感器2发射的超声波遇到障碍物将会反射回这一性质，从而精确地测量出导线与杆塔11的最小距离，结构和操作简单，误差较小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。