一种架空输电线路覆冰诊断装置的制作方法

本发明涉及一种架空输电线路覆冰诊断装置,尤其是一种用于电力行业架空输电线路覆冰诊断装置。

背景技术：

输电线路覆冰容易导致电力事故的发生，影响线路的正常运行。

输电线路覆冰会导致线路荷载过大，弧垂变大，融冰时导地线会发生跳跃，严重影响到线路的正常可靠运行。

线路覆冰最直接的危害就是导地线、金具、塔身负载，随着覆冰厚度的不断增加架空线路的负荷也不断的增大，严重的会导致导地线断股/断裂、金具损坏、甚至可导致杆塔倒塌。

覆冰监测装置传感器部分一般由拉力/倾角传感器、气象传感器及摄像机组成。

现有技术的技术方案之一：

现针对导线覆冰一般通过张力法进行监测，通过绝缘子导线负荷的变化来测量线路等值覆冰厚度。常用的方法就是生产与塔身金具有相同连接结构的一体化张力传感器去替换替换绝缘子与杆塔之间的金具以实现对绝缘子及导线负荷的实时监测。

同时装置配套摄像机用于观察现场线路运行情况。

该技术方案的缺点：通过数据模型推算，观察不直观，而一旦覆冰，装置配置的摄像头往往也被冰冻，无法直观的看见现场覆冰情况。

传感器易受环境(温度、强磁场等)影响，故障率较高，需经常更换。

现有技术的技术方案之二：

覆冰装置多选用基于运营商的gprs网络传输。

该技术方案的缺点：覆冰装置一般配置有摄像机，但由于带宽限制仅能传输图片，无法传输视频。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：

发明一种区别于常规覆冰的诊断方法及装置，解决常规覆冰在覆冰时候无法通过摄像头直观观察现场情况的问题，同时采用气象与图像分析结合的方式推算覆冰质量。

本发明的一种架空输电线路覆冰诊断装置的技术方案：

一种架空输电线路覆冰诊断装置，该装置由主机、通讯模块、摄像机、气象采集模块、第一储能单元、第二储能单元、第一充电单元、第二充电单元、充放电控制模块组成。

所述主机由核心处理模块、网络模块、采集电路、存储模块等组成，负责采集、存储、分析数据，该主机还具备视频编解码功能，可将摄像机采集到的视频数据通过通讯模块传回系统后台。

所述通讯模块采用4g模块或光纤传输模块。

所述摄像机采用球型的具备融冰功能的摄像机，带有云台，摄像机外罩内部边缘覆有导热丝，可受控开启或关闭加热模式。

所述气象采集模块可采集温度、湿度、风速、风向等气象参量。

所述第一供电单元由第一储能单元与第一充电单元组成，所述第二供电单元由第二储能单元与第二充电单元组成。

在正常情况下，仅由第一供电单元为所述覆冰诊断装置供电。当需要开启加热时，加热部分由第二供电单元供电，不影响第一供电单元的使用。

当第一供电单元进入低电压保护状态时，充放电控制器自动切换用第二供电单元给所述覆冰诊断装置供电。

所述储能单元优选低温性能好的蓄电池，充电单元优选太阳能光伏供电单元。

所述摄像机通常处于关闭状态，可受控或自动开启，所述融冰功能根据需要可设置为远程受控开启或自动根据气象环境条件自判断是否启用融冰。启用融冰功能通常气象条件需满足温度低于0℃，湿度85％rh以上，风速0～15m/s。

本发明的一种架空输电线路覆冰诊断方法的技术方案：

一种架空输电线路覆冰诊断方法，包括以下步骤：

a.摄像机处于关闭状态，开启摄像机摄像机进入图片抓拍或观看视频作业，自动根据气象数据判断是否需要开启融冰，具体步骤如下：

a1.对气象传感器测到最新的数条气象数据进行初步判断，判断条件为是否满足平均气温≤0℃，平均湿度≥85％rh，平均风速≥1m/s，若满足则进入下一步再次采集一次气象数据做双重验证，若不满足则摄像机直接进入抓拍图片或看视频的步骤a4；

a2.采集当前气象数据，确认是否满足气温≤0℃，湿度≥85％rh的条件，若满足则启动融冰。若不满足则摄像机直接进入抓拍图片或看视频的步骤a4；

a3.主控发出开启融冰的命令给充放电控制器及摄像机，充放电控制器控制第二路供电单元给摄像机融冰模块供电，开启融冰，根据气象气温数据可以设置不同的融冰时间：

气温∈(-4℃～0℃]，开启1min，

气温∈(-10℃～-4℃]，开启3min，

气温≤10℃，开启5min，

也可直接设置为固定的开启时间，如2min；

a4.待融冰模块作业结束后或融冰模块启动条件判定不满足，摄像机进入图片抓拍或观看视频作业；

b.覆冰诊断过程具体步骤如下：

b1.对气象传感器测到最新的数条气象数据进行判断是否满足覆冰条件，覆冰气象条件如下：

覆冰按形成条件来分分为雨凇型、雾淞、混合淞、白霜、积雪；

雨凇型的气象条件：在低海拔地区气温-2℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-4℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速5～15m/s；

雾凇的气象条件：气温-13℃～-8℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s；

混合淞的气象条件：在低海拔地区气温-5℃～0℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-10℃～-3℃，湿度≥85％rh，风速5～15m/s；

白霜的气象条件：气温低于-10℃，寒冷而平静天气时；

积雪：气温0℃左右，风速很小时产生单纯积雪；

若满足，进入b2阶段，若不满足进入b14阶段不计算覆冰质量；

b2.满足条件后，在下一次开启摄像机抓拍时同步开启覆冰分析功能；

b3.对拍摄回的图像进行覆冰分析，首先将导线分成若干段同等长度的单位导线，单位导线定义为l；

b4.根据每段导线在摄像机中的像素点多少判断导线当前截面积；

b5.对每段导线的当前截面积进行计算：

当前截面积-导线本体截面积＝冰截面积；

同时对该冰截面积进行判断，冰截面积≤0的转b14步骤；冰截面积≥0的列入计算；

b6.对所有满足条件的冰截面积用于计算；

b7.计算覆冰体积：

覆冰体积＝(∑符合条件的截面积)×单位长度；

b8.根据气象条件及图片ai智能分析结合判断结冰类型，气象条件详见b1覆冰判断条件，ai智能分析基于深度学习算法经大量不同类型覆冰图片训练后得出相应判断模型；

b9.根据分析得出的结冰类型取覆冰密度ρ：

雨凇型覆冰密度约为0.8～0.9g/cm³，

雾凇型覆冰密度约为0.3～0.6g/cm³，

混合淞型覆冰密度约为0.6～0.8g/cm³，

白霜型覆冰密度约为0.05～0.03g/cm³；

b10.计算覆冰质量：

覆冰质量m＝密度ρ×(∑截面积s1)×单位长度l；

b11.根据计算所得的质量判断是否超过预设的阈值，若超过进入b12阶段，若不超过进入b13阶段；

b12.推送覆冰报警信息，并建议运维人员启动线路融冰作业；

b13.保留该次计算的数据，但不推送报警；

b14.不满足条件不进行覆冰计算。

本发明的有益效果：

本发明的一种架空输电线路覆冰诊断装置能够解决覆冰时无法直观观察现场情况的问题，提供一种测量覆冰质量的新思路与方法。

本发明提出双电源供电方式，第一电源不参与摄像机融冰模块的供电仅用于给设备正常供电使用，第二电源平常仅用于给摄像机融冰模块供电，解决以往设备电源仅足够供给自身使用而不足以供给摄像机进行融冰的问题。同时第二电源还可在第一电源电力耗尽时临时充当备用电源使用。

本发明的一种架空输电线路覆冰诊断装置通过气象数据自判断及受控开启融冰模块双模式，避免在无结冰时设备依然开启融冰模块，导致在需要开启时反而电力不足的问题。

附图说明

图1：本发明的一种架空输电线路覆冰诊断装置的结构示意图；

图2：本发明的一种架空输电线路覆冰诊断方法的流程图；

图3：本发明的一种架空输电线路覆冰诊断装置的融冰模块工作流程图；

图中：1-主机，2-通讯模块，3-摄像机，4-气象采集模块，5-第一供电单元、51-第一储能单元、52-第一充电单元，6-第二供电单元、61-第二储能单元、62-第二充电单元，7-充放电控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案的具体实施方式进行详细说明。

如附图1所示，一种架空输电线路覆冰诊断装置，该装置由主机1、通讯模块2、摄像机3、气象采集模块4、第一供电单元5、第二供电单元6、充放电控制模块7组成。

所述第一供电单元5由第一储能单元51、第一充电单元52组成，所述第二供电单元6由第二储能单元61、第二充电单元62组成。

所述主机1由核心处理模块11、网络模块12、采集电路13、存储模块14组成，负责采集、存储、分析数据。同时为了保证可更直观的观察现场情况，该主机1还具备视频编解码功能，可将摄像机采集到的视频数据经由h.265/h.264压缩后，通过通讯模块2传回系统后台。

所述通讯模块2采用4g模块或光纤传输模块，以保证视频带宽。

所述摄像机3采用球型的具备融冰功能的摄像机，带有云台，摄像机外罩内部边缘覆有导热丝，可受控开启或关闭加热模式。

所述气象采集模块4可采集温度、湿度、风速、风向等气象参量。

在正常情况下，仅由第一供电单元5为所述覆冰诊断装置供电。当需要开启加热时，加热部分由第二供电单元6供电，不影响第一供电单元5的使用。

当第一供电单元5进入低电压保护状态时，充放电控制器自动切换用第二供电单元6给所述覆冰诊断装置供电。

所述第一、第二储能单元51/61优选低温性能好的蓄电池，所述第一、第二充电单元52/62优选太阳能光伏供电模块。

所述摄像机3通常处于关闭状态，可受控或自动开启，所述融冰功能根据需要可设置为远程受控开启或自动根据气象环境条件自判断是否启用融冰。通常气象条件需满足温度低于0℃，湿度85％rh以上，风速0～15m/s。

如图2、图3所示的流程图，本发明的一种架空输电线路覆冰诊断方法的技术方案：

判断覆冰的气象条件：覆冰按形成条件来分分为雨凇型、雾淞、混合淞、白霜、积雪，具体为：

雨凇型的气象条件：在低海拔地区气温-2℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-4℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速5～15m/s；

雾凇的气象条件：气温-13℃～-8℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s；

混合淞的气象条件：在低海拔地区气温-5℃～0℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-10℃～-3℃，湿度≥85％rh，风速5～15m/s；

白霜(基本不对导线构成严重危害)的气象条件：气温低于-10℃，寒冷而平静天气时；

积雪(单纯积雪基本对线路无危害)：气温0℃左右，风速很小时产生。

一种架空输电线路覆冰诊断方法，包括以下步骤：

a.摄像机处于关闭状态，开启摄像机摄像机进入图片抓拍或观看视频作业，自动根据气象数据判断是否需要开启融冰，其具体步骤如下：

a1.对气象传感器测到最新的数条气象数据(通常为一小时内的数据)进行初步判断，判断条件为是否满足平均气温≤0℃，平均湿度≥85％rh，平均风速≥1m/s(可根据具体地形安装条件进行设置及变更)。若满足则进入下一步再次采集一次气象数据做双重验证，若不满足则摄像机直接进入抓拍图片或看视频的步骤a4；

a2.采集当前气象数据，确认是否满足气温≤0℃，湿度≥85％rh的条件，若满足则启动融冰。若不满足则摄像机直接进入抓拍图片或看视频的步骤a4；

a3.主控发出开启融冰的命令给充放电控制器及摄像机，充放电控制器控制第二路供电单元给摄像机融冰模块供电，开启融冰，根据气象气温数据可以设置不同的融冰时间(时间可设)，如：

气温∈(-4℃～0℃]，开启1min，

气温∈(-10℃～-4℃]，开启3min，

气温≤10℃，开启5min，

也可直接设置为固定的开启时间，如2min；

a4.待融冰模块作业结束后或融冰模块启动条件判定不满足，摄像机进入图片抓拍或观看视频作业；

b.覆冰诊断过程：

b1.对气象传感器测到最新的数条气象数据(通常为一小时内的数据)进行判断是否满足覆冰条件。覆冰气象条件如下：

覆冰按形成条件来分分为雨凇型、雾淞、混合淞、白霜、积雪，

雨凇型的气象条件：在低海拔地区气温-2℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-4℃～0℃，空气相对湿度≥85％rh，风速5～15m/s，

雾凇的气象条件：气温-13℃～-8℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s，

混合淞的气象条件：在低海拔地区气温-5℃～0℃，湿度≥85％rh，风速≥1m/s；在山地气温-10℃～-3℃，湿度≥85％rh，风速5～15m/s，

白霜(基本不对导线构成严重危害)的气象条件：气温低于-10℃，寒冷而平静天气时，

积雪(单纯积雪基本对线路无危害)：气温0℃左右，风速很小时产生，

若满足，进入b2阶段，若不满足进入b14阶段不计算覆冰质量；

b2.满足条件后，在下一次开启摄像机抓拍时同步开启覆冰分析功能；

b3.对拍摄回的图像进行覆冰分析，首先将导线分成若干段同等长度的单位导线，单位导线定义为l，

b4.根据每段导线在摄像机中的像素点多少判断导线当前截面积，

b5.对每段导线的当前截面积进行计算：

当前截面积-导线本体截面积＝冰截面积，

同时对该冰截面积进行判断，冰截面积≤0的转b14步骤；冰截面积≥0的列入计算；

b6.对所有满足条件的冰截面积用于计算；

b7.计算覆冰体积：

(∑符合条件的截面积1)×单位长度＝覆冰体积；

b8.根据气象条件及图片ai智能分析结合判断结冰类型，气象条件详见b1覆冰判断条件，ai智能分析基于深度学习算法经大量不同类型覆冰图片训练后得出相应判断模型；

b9.根据分析得出的结冰类型取覆冰密度ρ，不同类型的覆冰其密度ρ不一，通常来说：

雨凇型覆冰密度约为0.8～0.9g/cm³，

雾凇型覆冰密度约为0.3～0.6g/cm³，

混合淞型覆冰密度约为0.6～0.8g/cm³，

白霜型覆冰密度约为0.05～0.03g/cm³；

b10.计算覆冰质量：

覆冰质量m＝密度ρ×(∑截面积s1)×单位长度l；

b11.根据计算所得的质量判断是否超过预设的阈值，若超过进入b12阶段，若不超过进入b13阶段；

b12.推送覆冰报警信息，并建议运维人员启动线路融冰作业；

b13.保留该次计算的数据，但不推送报警；

b14.不满足条件不进行覆冰计算。