架空输电导线容量特性监测平台的制作方法

本实用新型涉及高电压设备技术领域，特别是涉及一种架空输电导线容量特性监测平台。

背景技术：

增容导线是在架空输电线路上使用的特种导线，它是在提高使用温度等级、并具有同等导体截面积的情况下，相对于传统的钢芯铝绞线能输送更多电能的若干类导线的总称。迄今为止，世界上已有多种新型线种出现，概括起来可分为两大类：一类是增加导线的输送容量，导线的温度提高，但作为导电部分的材料其强度不降低，仍保持着常温下相接近的总拉断力，如耐热铝合金作导体的系列导线；另一类，则着重于利用新型加强芯材料线膨胀系数小的特性，在导线高温运行条件下，导线总的力学性能则由承力的芯部承担，即使在导线载流增加，导线温度提高以后，导线的运行仍是安全的，如碳纤维复合芯材料和殷钢芯材料作为加强芯的系列导线。

尽管国内相关机构对新型导线进行了大量的研究，并有众多的工程应用，积累了不少设计、生产、施工及运维方面的经验教训。由于在实际线路测试其特性的难度与费用高昂，现在绝大数在试验室进行。实验室进行试验时会截取一定长度的绞线试样(受实验室条件限制，一般为50m或100m)，然后将试样放置于实验室测试系统中进行测试。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统测试技术不能很好的满足实际输电线路的运行需要。因为在实际输电线的架设环境复杂多变而且导线安装情况也千差万别，只是简单的采用试验室中的导线容量特性数据去指导实际线路的安装运行存在很大的局限性，会对输电线路设计施工带来很大问题，例如，实验室导线长度较短，不能完全反映运行线路导线的实际弧垂变化情况。传统测试方法对导线的容量特性测试存在明显不足。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统新型导线的测试技术不能适用于实际运行中的输电线路的问题，提供一种架空输电导线容量特性监测平台。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种架空输电导线容量特性监测平台，包括系统主站以及连接系统主站的微气象测试设备；还包括架设在输电线路杆塔之间的若干组测试回路；

测试回路包括连接大电流发生器第一待测导线和第二待测导线，分别安装在第一待测导线、第二待测导线上的数据采集设备以及安装在第一待测导线或第二待测导线上的电流测试设备；数据采集设备、电流测试设备分别与系统主站连接；

第一待测导线的第一端通过引流线连接第二待测导线的第一端；大电流发生器的输出端分别通过铜排连接第一待测导线的第二端、第二待测导线的第二端。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

本实用新型架空输电导线容量特性监测平台，利用大档距(至少200m)真型塔(即杆塔)搭建监测平台，通过该监测平台可以模拟实际线路段(即在输电线路实际运行情况下)并研究架空线路导线容量特性；通过本实用新型可以测试比较多组测试回路中不同种导线弧垂特性以及迁移点温度。在待测导线上安装数据采集设备，数据采集设备可以将采集数据传输给系统主站处理；本实用新型通过大电流发生器和电流测试设备实现在大范围变化的电流下对导线温度的精确控制，适用于各种架空线容量特性的监测。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台中系统主站的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例1：

为了解决传统新型导线的测试技术不能适用于实际运行中的输电线路的问题，本实用新型提供了一种架空输电导线容量特性监测平台实施例1；图1为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例1的结构示意图；如图1所示，可以包括系统主站120以及连接系统主站120的微气象测试设备110；还包括架设在输电线路杆塔之间的若干组测试回路；

测试回路包括连接大电流发生器的第一待测导线1和第二待测导线2，分别安装在第一待测导线1、第二待测导线2上的数据采集设备130以及安装在第一待测导线或第二待测导线上的电流测试设备140；数据采集设备130、电流测试设备140分别与系统主站120连接；

第一待测导线1的第一端通过引流线连接第二待测导线2的第一端；大电流发生器的输出端分别通过铜排连接第一待测导线1的第二端、第二待测导线2的第二端。

需要说明的是，上述第一端指的是待测导线远离大电流发生器的一端，第二端指的是待测导线靠近大电流发生器的一端。

具体而言，本实用新型的监测平台利用真型塔搭建实际线路段进行架空线路弧垂特性以及迁移点温度等容量特性的监测，即在模拟输电线路实际运行情况下，测试其弧垂与温度的关系。监测平台通过容量1250kVA，三相380V/1800A功率50Hz的供电电源供电，通过铺设于电缆沟内的供电电缆实现大电流发生器对供电电源的取电，大电流发生器的额定交流输出和额定直流输出各为3kA，大电流发生器的输出端通过2根铜排连接到被测导线上。真型塔上假设待测的两根导线，在一根导线靠近真型塔的一端安装一套电流测试设备用于测量回路中的电流值。

本实用新型具体的工作原理为：微气象测试设备采集输电线路实际运行的环境参数，并将环境参数传输给系统主站；系统主站根据环境参数，得到控制大电流发生器向测试回路加载电流参照的载流量参考值；在大电流发生器加载电流时，电流测试设备实时采集测试回路的电流数据，并将电流数据传输给系统主站；系统主站根据电流数据实时校正大电流发生器实际加载的电流值；系统主站接收数据采集设备实时测量的待测导线的采集数据，并对采集数据进行分类处理，得到待测导线的容量特性数据；其中，采集数据包括待测导线的温度数据、弧垂数据以及应变数据；容量特性数据包括温度弧垂关系曲线和电流弧垂关系曲线。

优选的，大电流发生器的额定供电为二相二线380V±5％，电流1800A，频率50Hz±2Hz；额定交流输出负载电流3KA，允许过载能力1.1倍，交流负载电压180V，调压器范围10％-105％，最小分辨率2V，升降压时间小于60秒。额定直流输出为负载电流3KA，允许过载能力1.1倍，直流负载电压180V，调压器范围10％-105％，最小分辨率2V，升降压时间小于60秒。当平台导线试验回路≤460m，回路电阻≤0.06Ω时，导线温升150℃≤30min。

进一步的，电流发生器的输出端通过2根×30米规格为10*100mm²铜排连接到待测导线上，铜排截面大，散热特性好，成本比电缆低，而且铜排机械性能好便于安装和与支路的连接。

图1中，对于其它两组测试回路，没有具体画出每组测试回路对应的大电流发生器等设备(即图1中的“……”)，本领域技术人员可以明确在实际操作中，可以依照本发明连接相应的设备，进行容量特性的监测。

为了进一步详细说明本实用新型的技术方案，特以一组测试回路为例说明本实用新型的具体监测过程，图2为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例2的结构示意图；如图2所示，测试回路的数量为一组。本实用新型架空输电导线容量特性监测平台实施例2可以包括应变测试装置101、应变测试装置201，待测导线1、待测导线2，弧垂测试装置201、弧垂测试装置202，温度测试装置103、温度测试装置203，电流测试设备204，大电流发生器连接到导线的铜排3，大电流发生器4，从供电变压器取电到大电流发生器装置电缆5，供电电源6。

优选的，引流线为JL/LB1A-630/45铝包钢芯铝绞线，杆塔为DJ-300型35kV杆塔。

本实例中采用容量1250kVA(千伏安)，三相380V/1800A频率50Hz(赫兹)的供电电源对实验平台进行供电，然后通过2×3根260米的ZA-YJV 1×185交联聚乙烯绝缘阻燃电力电缆，实现从供电变压器取电到大电流发生器，电缆铺设于场地已有的电缆沟内。电缆另一侧连接这的大电流发生器。大电流发生器的输出端通过2根铜排连接到待测导线上，待测导线按照标准的架设要求架设到35kV的杆塔上，本实用新型的监测平台可以同时进行两种不同导线容量特性的研究比较。

图3为本实用新型架空输电导线容量特性监测平台中系统主站的结构示意图。如图3所示，在一个具体的实施例中，系统主站包括依次连接的通讯服务器、网络隔离器、应用服务器和存储服务器；

通讯服务器的数据端口分别连接微气象测试设备、数据采集设备、电流测试设备以及大电流发生器。

在一个具体的实施例中，系统主站还包括分别连接应用服务器的应用客户端、WEB服务器和管理工作站。

具体而言，通讯服务器用于实时接收各测试装置传输的采集数据；而当信号经过远距离传输后，线路的阻抗将会使信号不断减弱，造成网络中断时，网络隔离器可在信号传输过程中将其过滤(消除干扰)并放大，从而大大增强网络的覆盖范围及信号传输距离。应用服务器用于对采集数据进行分类处理，得到待测导线的容量特性数据。

在一个具体的实施例中，电流测试设备包括电流互感器以及连接电流互感器的第一数据传输器；

第一数据传输器还与通讯服务器相连接。

在一个具体的实施例中，第一数据传输器为无线传输天线。

具体而言，在构建能够模拟实际线路段运行的监测平台的过程中，电流测试设备一方面可以克服大电流发生器显示的输出电流不够精确的问题，另一方面电流测试设备采集的电流数据可以指导在加载电流过程中，精确控制大电流发生器的电流加载量，同时在电流加载结束后，可以根据电流数据根计算导线弧垂的理论值作为试验参考，确认本次容量特性测试的结果是否准确。基于以上方案，使得本实用新型通过大电流发生器和电流测试设备实现在大范围变化的电流下对导线温度的精确控制。

电流测试设备可以由子母球构成(如图2所示，左边是母球右边是子球)，子母球都通过感应的方式从被监测线路上获取工作电源，母球中装有电流互感器用于实时采集导线中的电流数据，电流数据通过母球与子球之间的连接线传递到子球，子球将电流信号经过处理后加载到WiFi信号中供通讯服务器接收(通讯服务器为系统主站的数据通讯服务器)，电流测试设备可以实时测量导线中的电流，由于直接架设在输电线上受外界干扰小测量更加精确，铁芯磁导率高不易饱和可以准确测量导线中流通的大电流。

具体而言，电流测试设备(子母球)可以有效监测导线中流通的电流，子母球通过感应的方式从被监测线路上获取工作电源，母球中装有电流互感器用于实时采集导线中的电流数据，数据采集频率默认为5分钟一个点，采集频率也可根据需要自行设定，电流数据通过母球与子球之间的连接线传递到子球，子球将传递来的电流信号经过处理后加载到WiFi信号中供系统主站中的通讯服务器接收。子母球采用感应方式从被监测线路上获取工作电源，免维护，运行可靠。

电流测试设备的安装说明：将子母球固定到导线上之前，先用钢丝刷或粗砂纸等工具，将安装部位清理一下，尤其是内置接地线和导线接触部位。电流测试设备是由两个球体组成的子母球，将连接线(即通信电缆用来传递信号使用的)与子球连接底部接口连接。先将母球送上导线。打开母球装置球体盖，先拔出上半铁芯，贴上导线，再将拔出的上半铁芯装回到相应位置，将两侧橡胶圈卡住导线(注意：铁芯必须插紧，橡胶圈上的内接地线必须卡在橡胶圈内，确保与导线接触良好)。盖好球体盖，准备将固定螺帽(防电晕螺帽一个，固定螺帽两个，弹簧垫圈一个，平垫圈一个)和两个喉箍安装在橡胶套上，固定橡胶套拧紧固定。母球安装完毕后将子球送上导线，子球在母球左侧同上述方法安装，注意子球要安装在母球左侧，使得母球的天线朝外。安装完成后将子球下部连接线与已经安装好的母球底部连接，接好后连接线必须与输电导线捆扎固定。

进一步的，电流测试设备可以采用利用电磁感应原理的电流互感器感应高压侧的电流来获取电能；或通过其它高压感应取电装置获取电能，其中，高压感应取电装置可以利用高压输电线路周围感应的电磁能量获取电能，为安装在附近的电气设备提供稳定的电源。能保证负载设备的长期稳定供电，适合作为高压输电导线上在线检测、监控、巡检、防盗等电气设备的电源供给装置。

此外，电流测试设备还可以通过智能电源控制器在较宽的电流范围内实现稳定供电。

在一个具体的实施例中，数据采集设备包括应变测试装置、弧垂测试装置和温度测试装置；

弧垂测试装置包括第一高压感应取电器，连接第一高压感应取电器的激光测距传感器、第二数据传输器；第二数据传输器连接通讯服务器；

应变测试装置包括第二高压感应取电器，连接第二高压感应取电器的光栅光纤传感器、第三数据传输器；第三数据传输器连接通讯服务器；

温度测试装置包括第三高压感应取电装置，连接第三高压感应取电装置的铂电阻温度传感器、第四数据传输器；第四数据传输器连接通讯服务器。

在一个具体的实施例中，第一高压感应取电器、第二高压感应取电器和第三高压感应取电器均为电流互感器；第二数据传输器、第三数据传输器和第四数据传输器均为无线传输天线。

具体而言，如图2所示，应变测试装置101、201，弧垂测试装置102、202，温度测试装置103、电流测试装置204均可采用单元式全封闭嵌入式结构，易于安装，装置具备防雷、防锈、防腐措施，能适应海洋区气候可以满足户外试验的需要，本实例中采用的装置重量约为2.8kg(千克)，装置直径约为190mm(毫米)。各测试装置可以采用感应方式从被监测线路上获取工作电源，免维护，运行可靠。为了保持测试装置之间不要过于接近，可以通过设置预设距离(大于等于190mm即一个装置球体的直径)来约束各测试装置的安装位置。

进一步的，为了实现同时进行两种不同导线容量特性的研究比较。本实用新型在导线靠近杆塔的一端安装应变测试装置101、201，装置内部采用光栅光纤传感器用于实时监测两根导线发生的应变，应变监测数据加载到WiFi信号中供通讯服务器接收。在导线的档距中央安装弧垂测试装置102、202，装置采用倾角法的测量原理，通过激光测量实时测量导线对地距离，可以保证足够的测量范围和精度，监测到的导线弧垂数据加载到WiFi信号中供通讯服务器接收。在靠近杆塔的另一侧安装温度测试装置103、203，装置选用铂电阻传感器来满足测量范围内的测量精度，监测到的导线温度数据加载到WiFi信号中供通讯服务器接收。

进一步的，温度传感器采用铂电阻温度传感器可以精确的测量导线的实时温度，装置的导线温度测量最大有效值应大于180℃；弧垂监测装置采用倾角法的测距原理，通过激光测距传感器实时测量导线对地距离，保证了装置足够的测量范围和精度。应变测试装置，可以实时测量装置内两个固定在一段导线上的端子之间的长度，通过激光进行测距精确度可以达到微米级别，而且测量速度快可以实时反映导线的应变。

数据采集设备安装说明：应变测试装置能够有效的实时监测导线的应变，装置内部采用最新型的光栅光纤传感器，整个装置重量轻、抗电磁干扰能力强、防腐蚀而且耐高温，装置安装到输电线路上不会影响线路的正常运行。在监测装置固定到导线上之前，先用钢丝刷或粗砂纸等工具，将安装部位清理一下，尤其是线圈和导线接触部位求。打开球体盖，先拔出上半铁芯，再用安装支架将球体固定在导线下方，以方便应变传感器卡箍的安装。将导线应变传感器的卡箍在导线上卡紧安装好，安装好卡箍后再取下安装支架，将装置贴上导线。将拔出的上半铁芯装回到相应位置，让两侧橡胶圈卡住导线(注意：铁芯必须插紧，橡胶圈上的内接地线必须卡在橡胶圈内，确保与导线接触良好)。盖好球体盖，准备将固定螺帽(防电晕螺帽一个，固定螺帽两个，弹簧垫圈一个，平垫圈一个和两个喉箍安装在橡胶套上，固定橡胶套)拧紧固定。

弧垂测试装置能够有效监测导线的弧垂，装置通过激光测量，实时测量导线对地距离，采用倾角法的测量原理，保证了足够的测量范围和精度。装置通过电流互感器直接从导线上取电，通过智能电源控制器使得在相当宽的电流范围内稳定供电。在装置安装前先用钢丝刷或粗砂纸等工具，将安装部位清理一下，尤其是线圈和导线接触部位。打开球体盖，先拔出上半铁芯，再用安装支架将球体固定在导线下方，以方便卡箍的安装。安装好卡箍后再取下安装支架，将装置贴上导线。将拔出的上半铁芯装回到相应位置，让两侧橡胶圈卡住导线(注意：铁芯必须插紧，橡胶圈上的内接地线必须卡在橡胶圈内，确保与导线接触良好)。盖好球体盖，准备将固定螺帽(防电晕螺帽一个，固定螺帽两个，弹簧垫圈一个，平垫圈一个和两个喉箍安装在橡胶套上，固定橡胶套)拧紧固定。确保固定好装置后激光探头与地面垂直。

温度测试装置能够有效的监测导线的实时温度，装置选用铂电阻传感器来满足测量范围内的测量精度，对外接温度传感器和信号线，通过屏蔽措施和预设固定方式，保证在运行中不松脱。装置采用感应方式从被监测线路上获取工作电源，免维护，运行可靠。装置数据采集频率默认为5分钟一个点，采集频率可根据需要自行设定。在装置固定到导线上之前，先用钢丝刷或粗砂纸等工具，对导线安装部位进行清理，尤其是测温探头与导线接触的地方和内置接地线与导线接触部位。打开球体盖，先拔出上半铁芯，再用安装支架将球体固定在导线下方，以方便测温传感器卡箍的安装。将导线测温传感器的卡箍在导线上卡紧安装好，安装好卡箍后再取下安装支架，将装置贴上导线。将拔出的上半铁芯装回到相应位置，让两侧橡胶圈卡住导线(注意：铁芯必须插紧，橡胶圈上的内接地线必须卡在橡胶圈内，确保与导线接触良好)。盖好球体盖，准备将固定螺帽(防电晕螺帽一个，固定螺帽两个，弹簧垫圈一个，平垫圈一个)和两个喉箍安装在橡胶套上，固定橡胶套拧紧固定。

本实用新型架空输电导线容量特性监测平台，利用大档距真型塔(即杆塔)搭建监测平台，通过该监测平台可以模拟实际线路段(即在输电线路实际运行情况下)并研究架空线路导线容量特性；通过本实用新型可以测试比较多组测试回路中不同种导线弧垂特性以及迁移点温度。在待测导线上安装数据采集设备，数据采集设备可以将采集数据传输给系统主站处理；本实用新型通过大电流发生器和电流测试设备实现在大范围变化的电流下对导线温度的精确控制，适用于各种架空线容量特性的监测。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。