一种覆冰输电线路应力监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统输电线路覆冰检测技术领域，特别是指一种覆冰输电线路应 力监测系统。
【背景技术】
[0002] 随着电网规模的不断扩大，高压输电线路的分布也越来越广，其中大部分输电线 路处于山高谷深、地形复杂、环境恶劣的地区，人工巡线较为困难，对这些输电线路的运行 情况进行自动化的监测是十分必要的，尤其是对线路覆冰灾害进行监测。
[0003] 处理输电线路覆冰问题的基本原则是以防为主，目前应用的覆冰监测系统基本实 现手段主要为：对覆冰的相关参数（气象参数、绝缘子串拉力和绝缘子倾角等）进行远程实 时测量，然后通过相关公式计算覆冰程度，并结合现场图像监测检修综合判断。但由于输电 线路所处环境复杂，各影响因子间相互干扰严重，目前没有一种模型可以精确预测覆冰状 况。
[0004]当前导线覆冰预测模型种类繁多，主要有Imai、Lenhard、Goodwin、Chaine、 Makkone等覆冰预测模型。由于导线覆冰增长过程是非线形的，与周围的微气象状况密切相 关，以上模型均存在不同程度的误差。因此将导致在线覆冰监测系统监测数据与人工观冰 数据的偏差，一定程度上阻碍了在线监测系统的效率发挥。
[0005]总之，输电线路覆冰灾害是影响电力系统安全稳定运行的重点灾害之一，每年因 输电线路覆冰造成的闪络跳闸、断线、甚至倒塔事故严重影响了电网的安全稳定运行及国 民经济的发展，因此建立一套有效可靠的输电线路覆冰监测系统显的尤为重要。
【发明内容】
[0006] 本发明提出一种覆冰输电线路应力监测系统，解决了现有技术中无法在低温雨雪 气象环境下精确分析和预测覆冰输电导线应力变化情况的问题。
[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] -种覆冰输电线路应力监测系统，包括覆冰监测单元，所述覆冰监测单元通过光 芯与光纤接续盒连接，所述光纤接续盒通过0PGW与光纤信号解调主机连接，所述光纤信号 解调主机通过LAN与监测系统主站连接；其中：
[0009] 所述光纤信号解调主机用于对所述0PGW中光栅反射波特征量进行数据采集并解 调后通过LAN传递给所述监测系统主站；
[0010] 所述监测系统主站集成有架空输电线线型与应力状态模型，将光纤信号解调主机 解调后的数据进行整合，测算输电导线悬链线线型，估算出输电导线最大拉力和应力及其 位置，对覆冰形势进行判断，并记录结果。
[0011] 作为优选，所述监测系统主站采用网站形式。能够向用户发布覆冰预警信息，展示 输电导线实时微气象环境、输电线路最大拉应力状态和位置、覆冰趋势等。
[0012] 作为优选，所述架空输电线线型与应力状态模型的输入量为监测点的温度、湿度、 气压、风速和风向五个气象要素的微气象数据与输电导线的弹性模量、输电导线的横截面 面积、输电导线的线膨胀系数及输电导线的重量四个输电导线的参数。其输出量为导线单 元节点坐标（X，y，Z)、各单元拉应力（MPa)、最大拉应力及其位置、覆冰趋势等信息。
[0013] 作为优选，所述架空输电线线型与应力状态模型采用下述步骤进行测算：
[0014] (1)无自重状态下输电导线单元长度及输电导线总长度的获取：将输电导线的理 想无自重状态取为二次抛物线形状，然后将其划分为多个单元，并获取每个单元节点的横 坐标，然后根据每个单元节点的横坐标计算出每个单元节点的纵坐标，得到每个单元节点 的整体坐标值，根据每个单元节点的整体坐标值计算出无自重状态下输电导线的单元长度 和输电导线的总长度；
[0015] (2)计算得到自重作用下，每个输电导线单元节点的新坐标值，再由新坐标值计算 得到自重作用下输电导线单元的长度和输电导线的总长度，完成导线的找形分析；
[0016] (3)以自重状态下输电导线的新单元节点坐标为基础，代入单元刚度矩阵，得到新 的单元刚度矩阵；根据单元定位向量A %由输电导线的单元刚度矩阵形成自重状态下总刚 矩阵，即根据自重状态下输电导线的新单元节点坐标，得到载荷列
【主权项】
1. 一种覆冰输电线路应力监测系统，其特征在于，包括覆冰监测单元，所述覆冰监测单 元通过光芯与光纤接续盒连接，所述光纤接续盒通过OPGW与光纤信号解调主机连接，所述 光纤信号解调主机通过LAN与监测系统主站连接；其中： 所述光纤信号解调主机用于对所述OPGW中光栅反射波特征量进行数据采集并解调后 通过LAN传递给所述监测系统主站； 所述监测系统主站集成有架空输电线线型与应力状态模型，将光纤信号解调主机解调 后的数据进行整合，测算输电导线悬链线线型，估算出输电导线最大拉力和应力及其位置， 对覆冰形势进行判断，并记录结果。
2. 根据权利要求1所述的一种覆冰输电线路应力监测系统，其特征在于，所述监测系 统主站采用网站形式。
3. 根据权利要求1所述的一种覆冰输电线路应力监测系统，其特征在于，所述架空输 电线线型与应力状态模型的输入量为监测点的温度、湿度、气压、风速和风向五个气象要素 的微气象数据与输电导线的弹性模量、输电导线的横截面面积、输电导线的线膨胀系数及 输电导线的重量四个输电导线的参数。
4. 根据权利要求1所述的一种覆冰输电线路应力监测系统，其特征在于，所述架空输 电线线型与应力状态模型采用下述步骤进行测算： (1) 无自重状态下输电导线单元长度及输电导线总长度的获取：将输电导线的理想无 自重状态取为二次抛物线形状，然后将其划分为多个单元，并获取每个单元节点的横坐标， 然后根据每个单元节点的横坐标计算出每个单元节点的纵坐标，得到每个单元节点的整体 坐标值，根据每个单元节点的整体坐标值计算出无自重状态下输电导线的单元长度和输电 导线的总长度； (2) 计算得到自重作用下，每个输电导线单元节点的新坐标值，再由新坐标值计算得到 自重作用下输电导线单元的长度和输电导线的总长度，完成导线的找形分析； (3) 以自重状态下输电导线的新单元节点坐标为基础，代入单元刚度矩阵，得到新的 单元刚度矩阵；根据单元定位向量λ %由输电导线的单元刚度矩阵形成自重状态下总刚 矩阵，即根据自重状态下输电导线的新单元节点坐标，得到载荷列
C- · 9 阵、切线刚度矩阵及非线性基本方程； (4) 计算得到输电导线当前覆冰状态下各个单元节点的坐标值； (5) 下述由公式实时计算出输电导线当前荷载作用下各部位的张力：
式中：Τ。指输电导线的拉力，E指输电导线的弹性模量，A指输电导线的横截面面积， [Ν'。]指输电导线单元的形函数矩阵，[N' Jt指输电导线单元形函数矩阵的转置矩阵， {XN}^指输电导线单元的最终节点坐标列阵，{X Ν}Λ指输电导线单元最终节点坐标列阵的转 置矩阵； (6) 由下述公式可求出输电导线在当前覆冰状态下的应力：
。。指输电导线的应力； 通过将上述计算结果与输电导线的力学性能设定值比较，决定是否需要启动除冰程 序。
【专利摘要】本发明提出了一种覆冰输电线路应力监测系统，包括覆冰监测单元，覆冰监测单元通过光芯与光纤接续盒连接，光纤接续盒通过OPGW与光纤信号解调主机连接，光纤信号解调主机通过LAN与监测系统主站连接；其中：光纤信号解调主机用于对OPGW中光栅反射波特征量进行数据采集并解调后通过LAN传递给监测系统主站；监测系统主站集成有架空输电线线型与应力状态模型，将光纤信号解调主机解调后的数据进行整合，测算输电导线悬链线线型，估算出输电导线最大拉力和应力及其位置，对覆冰形势进行判断，并记录结果。本发明精确度高和实时性强，能够对输电导线应力状态和覆冰进行实时估算，实现了可靠的输电导线覆冰实时监测。
【IPC分类】G06F17-50, G01L1-24
【公开号】CN104535233
【申请号】CN201410741397
【发明人】王闸, 孙鹏, 聂鼎, 黄绪勇, 王耀龙, 杨迎春
【申请人】云南电网公司电力科学研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月8日