专利名称：：架空输电线路导线覆冰实时监测方法及系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及输电线路导线的监测领域，尤其涉及架空输电线路导线覆冰实时监测方法及系统，特别适用于输电线路覆冰的预警、监测和防治领域。
背景技术：
：我国地域辽阔气象环境多变，是世界上输电线路覆冰较多的国家之一，2005年和2008年初的2次较大冰雪灾害天气造成严重的线路覆冰、跳闸、断线、倒塔等事故，给国民经济和工农业、人民生活用电带来重大损失。这2次冰雪灾害的主要原因是多年一遇的大范围、长时间低温雨雪冰冻气候，但也反映出我国电网抵御恶劣气象条件的能力不足，缺乏在第一时间掌握线路覆冰后综合荷载情况的手段。线路覆冰是否会造成的断线、倒塔等事故的关键在于架空输电线路覆冰导线综合荷载是否超出导线或杆塔能承受的应力，预警、监测的目的主要是能得到准确的冰导线综合荷载，判断是否采取措施，以避免断线、倒塔等事故事故发生。过去对输电线路覆冰情况的监测主要是靠线路运行人员的现场观察测量来实现的，但人工现场观察测量的方式存在以下缺点一、人工成本巨大，劳动效率低下；二、肉眼只能观察到输电线路覆冰的表面情况，只能是目测，不能提供准确科学的数据，也无法计算出架空输电线路覆冰导线综合荷载。有人曾设想利用视频设备进行监控，但往往输电线路覆冰的地方温度低，潮湿度高，摄像机在这样环境下一般不能正常工作，传输回来的图像很模糊，如果使用高成本的军用红外线摄像机，能传输清晰的图像，但这也只能克服人工现场观察测量存在的人工成本巨大，劳动效率低下的缺点，再清晰的图像也不能提供准确科学的线路覆冰导线综合荷载数据。随着国民经济快速发展，高压输电线路的分布越来越广，地球环境的破坏，气象变化多端，电力系统监测部门急切地寻找-种能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，能实现线路覆冰实时精确监测的方法和系统。
发明内容本发明的目的在于提供架空输电线路导线覆冰实时监测方法，该方法根据实时测定的线路导线悬挂点倾角、导线温度、悬垂绝缘子串偏移角和线路基本参数来确定和计算线路覆冰导线综合荷载和导线覆冰厚度，该方法在理论上合理、正确，算法简单，结果精确，并且能适用于线路耐张段内均匀覆冰和非均匀覆冰的计算，方便准确地实现了对架空输电线路覆冰导线的监测，完全满足电力部门预警、监测的要求。本发明的另一目的在于提供架空输电线路导线覆冰实时监测系统，该系统能实时测量线路导线的悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串的偏移角，以实现上述覆冰导线综合荷载实时计算，本发明提供的监测系统采用多项新技术，能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，为实现线路覆冰实时监测和计算提供了基本数据。本发明是通过以下技术方案达到上述目的架空输电线路导线覆冰实时监测方法，包括如下步骤1)将的倾角-温度监测装置设置在各档线路导线上，用于实时测量线路导线的悬挂点倾角和导线温度；2)将偏移角-风偏角监测装置设置在各悬垂绝缘子串上，用于实时测量悬垂绝缘子串沿导线方向偏移角和垂直导线方向风偏角；3)根据倾角-温度监测装置实测的第i档导线悬挂点倾斜角9i(。)，计算-w;—2eos仍ah,、式中i表示线路耐张段中第i档；li为档距(m);hi为两悬挂点高差(m)，当悬挂点比另一端高时为正，比另一端低时为负；4)j为高差角(。)；Hj为覆冰状态时导线的水平张力(N);Wi为覆冰状态时导线单位长度的荷载(N/m);4)根据偏移角-风偏角监测装置实测的第i档悬垂绝缘子串的垂直偏移角为i)i(°)，第i-l档绝缘子串垂直偏移角为i)(M)(。)，计算第i档档距增量Ali(m):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中"、L,)分别为第i、i-l档绝缘子串长度(m);5)根据倾角-温度监测装置实测的第i档导线温度tirC)、步骤3)、步骤4)的计算结果和导线基本参数计算覆冰状态下第i档导线水平张力Hi(N):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中E为导线的最终弹性系数(N/mm2》a为导线的温度线膨胀系数(1厂C);S为一根导线的截面积(mm2》，Hm、wm、tm分别为设计或架线工况时导线的水平张力(N)、导线单位长度的荷载(N/m)和导线的温度fC);6)根据歩骤5)的计算结果及已知的参数，可计算出导线覆冰状态时第i档导线的综合荷载Wi(N/m):2cosp,.7)根据步骤6)的计算结果，可计算第i档导线的覆冰厚度bi(mm):w'2=[9.80665+0.027728(4+D)]2+2式中V为实测风速(m/s);e为风向与电线轴向间夹角(。);h为电线平均高度(m);D为电线外径(mm);usc为导线的风载体形系数，此处设iisc-1.2;a为风速不均匀系数，根据V的的大小取不同值；PC为风载调整系数，根据V的的大小取不同值;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>;上式为一元二次方程AX"+BX+C^0，可求解出bi(<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上式为一元二次方程AX2+BX+C=0，可用通用公式求解。架空输电线路导线覆冰实时监测系统，包括倾角-温度监测装置、偏移角-风偏角监测装置，监控系统主机；所述的倾角-温度监测装置设置在各档线路导线上，所述的偏移角-风偏角监测装置设置在各悬垂绝缘子串上，所述的监控系统主机设在现场或监控中心；偏移角-风偏角监测装置与倾角-温度监测装置连接，倾角-温度监测装置与监控主机无线连接。所述的倾角-温度监测装置，内部包括以下模块电流互感器、电源整定模块、倾角采样模块、温度采样模块、电流采样模块、通信模块、主控模块MCU;电流互感器通过与线路导线的直接耦合，用于给装置提供电源，并作交流电流的前期处理；倾角采样模块、温度采样模块、电流采样模块、通信模块分别与主控模块MCU连接，电源整定模块用于完成装置工作电压的稳压功能；倾角采样模块用于把导线悬挂点倾角信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;温度采样模块用于把导线温度信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;电流釆样模块用于把导线交流电流信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;主控模块MCU用于读取、处理本装置的倾角、温度和电流的数字量，完成相关计算和存储数据，完成监控系统主机指令的处理，通信模块用于完成主控模块MCU发出的数据和控制指令的收发任务，以RF方式将所有信息发往监控系统主机。所述的偏移角-风偏角监测装置内部为双轴数字角度传感器模块，输出数字信号通过电缆接到上述倾角-温度的监测装置的主控模块MCU，主控模块MCU控制通信模块以RF方式将信息发往监控系统主机。本发明的有益效果输电线路覆冰实时监测是一项新课题，本发明采用专门的架空输电线路悬挂点导线倾角-温度和悬垂绝缘子串偏移角的实时监测装置来实时测量线路导线悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串偏移角，并提出用导线悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串偏移角来实时计算线路导线覆冰综合荷载的方法，采用本发明的方法的效果是在于不仅可以测量导线的覆冰厚度，更为重要是测量出覆冰导线的综合荷载，并且测量合理、正确，算法简单，结果精确，能适用于线路耐张段内均匀覆冰和非均匀覆冰的综合荷载计算，这样就可以在综合荷载未超出导线或杆塔能承受的应力时，及早采取措施，避免因线路覆冰造成的跳闸、断线、倒塔等事故，给国民经济和工农业、人民生活用电带来重大损失，方便准确地实现了对架空输电线路覆冰导线的监测，满足电力部门预警、监测的要求。本发明提供的架空输电线路导线覆冰实时监测系统，能实时测量线路导线的悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串的偏移角，以实现上述覆冰导线综合荷载实时计算，本发明提供的监测系统采用多项新技术，能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，为实现线路覆冰实时监测和计算提供了基本数据，可实现对线路覆冰形成、发展、恶化的全过程实时监测，是国内功能比较完整、实用、有效的综合荷载实时监测系统。图1为架空输电线路导线覆冰实时监测系统的安装示意图；图2为架空输电线路导线覆冰实时监测系统原理结构图；图3为各档导线不均匀覆冰的耐张段的示意图；图4为导线倾角-温度监测装置原理框具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1:以某500kV线路覆冰导线一耐张段为例，其中的第4档伊474148)和第5档(#148-#149)，导线型号为^LGJ-630/45，第4档的档距为352m、高差为39.0m、安装弧垂为9.27111，第5档的档距为437m、高差为l.Om、安装弧垂为14.20111，安装时环境温度为O"C、水平张力为33950N。悬垂绝缘子串长度为5.5m，重量为1960N。该导线基本参数为计算截面666.55mm2;外径33.60mm;单位质量2.06kg/m;弹性系数63000N/mm2;线膨胀系数20.9x10-61/°C。架空输电线路导线覆冰实时监测系统，包括倾角-温度监测装置l、偏移角-风偏角监测装置2，监控系统主机3;所述的倾角-温度监测装置1设置在各档线路导线上，所述的偏移角-风偏角监测装置2设置在各悬垂绝缘子串上，所述的监控系统主机3设在监控中心；偏移角-风偏角监测装置2与倾角-温度监测装置1连接，倾角-温度监测装置1与监控主机无线连接。在第4档导线和第5档导线上装有倾角-温度监测装置1，内部包括以下模块电流互感器；电源整定模块；倾角采样模块；温度采样模块；电流采样模块；通信模块；主控模块MCU;电流互感器通过与线路导线的直接耦合，给装置提供电源，并作交流电流的前期处理；倾角采样模块、温度采样模块、电流采样模块、通信模块分别与主控模块MCU连接，电源整定模块用于完成装置工作电压的稳压功能；倾角采样模块用于把3线悬挂点倾角信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;温度采样模块用于把导线温度信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;电流采样模块用于把导线交流电流信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;主控模块MCU用于读取、处理本装置的倾角、温度和电流的数字量，以及悬垂绝缘子串的偏移角监测装置2送来的偏移角和风偏角的数字量，完成相关计算和存储数据，完成监控系统主机3指令的处理；通信模块用于完成主控模块MCU发出的数据和控制指令的收发任务，以RF方式将所有信息发往监控系统主机3，所述的监控系统主机3安装在3监控中心；倾角-温度监测装置1安装在一种球形外壳内，这种外壳已申请专利，
专利名称：一种输电线路在线监测装置的外壳，专利申请号2005100493902，这种外壳通过上、下球体卡合在导线上。偏移角-风偏角监测装置2部为双轴数字角度传感器模块，输出数字信号通过电缆接到上述倾角-温度的监测装置的主控模块MCU主控模块。耐张段内各档导线为不均匀覆冰，当时环境温度为-5"C，无风。实时测得#1装置的偏移角为26.89°，#2装置的偏移角为20.39°，#3装置的偏移角为7.80°，弁4装置的倾角为2.737°，#5装置的倾角为15.096°，#6装置的倾角为11.056°，#7装置的倾角为11.309°。计算第4档覆冰导线综合荷载1)根据#4装置的倾角和已知参数，可算出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>根据#1、#2装置的偏移角，可算出A/4=ZJ4xsini;4—丄.,3xs—3)根据上述计算结果，可算出:仗=A/4￡Scos3外1+8//4乂f、2(-0-5713)x63000x666.55xcos36.3232l+^~x0.0008981283522x63000x666.55xcos36.3232f2.06x9.80665~33950~~—0.00089812-20.9xIO-6x63000x666.55xcos6.3232x(-5-0)+33950=66926.274)将上述的计算结果及已知的参数，可计算出导线覆冰状态时第4档导线的综合荷载w4(N/m):可算出.2cosp4姊+f仏2xcos6.3223,g2.737十39x66926.27=59.9435)根据W4的计算结果，及导线自重力单位荷载w二9.80665q(N/m)式中q为单位长度质量(kg/km)。假设各种类型及不同断面外形的覆冰均折算为密度为0.9g/cm3的圆形雨淞断面。当己知导线外径D和覆冰厚度b时，其单位长度冰荷载w2(N/m)为W2-0.9，,(D+2&)2-D2xl(T3-0.027728&(6+D)(1)有风状态下，导线覆冰时垂直于电线轴线的单位水平风荷载w5(N/m)按下式计算w5=0.625"〃scA(￡>+26)(V)2xsin2<9x10-3(2)此时导线的综合荷载w7(N/m)为自重加覆冰产生的垂直荷载W3和风力产生的水平荷载ws的平方，即将式(l)、式(2)代入式(3)后可得w72=[9黑65q+0.027728(6+")了+式中v为实测风速(m/s)，9为风向与电线轴向间夹角(°)。h为电线平均高度(m)，D为电线外径(mm)，b为电线覆冰厚度(mm)，iisc为导线的风载体形系数，此处设wsc-1.2;a为风速不均匀系数，根据v的的大小取不同值；卩c为风载调整系数，根据v的的大小取不同值；风速v(m/s)V<2020《v<3030《v<35v》35a1.00.850.750.7Pc1.01,11.21.3iisc=1.2110-330kV线路h^l5m，500kV线路hs=20m所以在有风状态下，求出第i档导线的综合荷载W7i后，其它系数按上述选用，即可计算出第i档导线的覆冰厚度bi。该方程为一元二次方程，AX2+BX+C=0，可用通用公式求解。当无风时v-0式(12)，简化为13w7=9.80665《+0.027728(6+即&一—0.027728Z)±V(0.027728Z))2+4x0.027728x—9.80665^)'一2x0.027728注当耐张段内各档导线均匀覆冰时，可取绝缘子串垂直偏移角化=0°，档距变化量Ali-O，用上述方法进行计算，其结果与用状态方程的计算结果相同。可计算第i档导线的覆冰厚度bi(mm):w,2=[9.80665《+0.027728(&;+D)]2+2计算&一-0.027728g土V(0.0277280)2+4x0.027728,-^4一2x0.027728一-0.027728x33.6+^(0,027728x33.6)2+4x0.027728x(59.943-2.06x9.80665)一2x0.027728-24.59根据实测的导线倾角和悬垂绝缘子串偏移角可以算出无风状态下第4档导线的覆冰厚度为24.59mm。同例可根据#6装置的倾角和#2、#3装置的偏移角计算第5档导线的覆冰，得w5/H5^0.000905;H5=79622.02;w5=72.0383;b5=29.55，所以无风状态下第5档导线的覆冰厚度为29.55mm。在实际运用中，发现线路覆冰是一个渐进的过程，从气象条件适合，覆冰形成，冰层变厚，线路应力、弧垂增大，直至超出导线或杆塔能承受的应力酿成事故，这个过程要几小时或几天。我们也可以在上述描述的监测系统中加装小型气象站、线路视频监察装置，可实现对线路覆冰的实时综合监测。可以从小型气象站的数据了解线路附近气象环境的变化，是否出现能形成覆冰的气象条件空气湿度较大(9095%)、适合的温度(0-5。C)和使水滴运动的风速(Mm/s)。导线上能否结冰，导线温度是否低于0。C。再从线路视频装置上观察线路上雨雪降落的情况，绝缘子串和导线上是否出现了覆冰，覆冰发展趋势。同时根据实测的导线倾角和绝缘子串偏移角的变化，确定覆冰的情况和计算的导线覆冰的厚度。如果在连续几天冰雪天气，小型气象站和线路视频装置被大雪掩埋不能正常工作，但导线倾角-温度测量装置仍能正常提供数据，即使线路跳闸，装置内部的备用电池仍能保证工作48小时以上，直到线路严重覆冰、断线、倒塔，倾角数据发生跃变，超出测量范围。所以输电线路覆冰实时综合监测系统，可实现对线路覆冰形成、发展、恶化的全过程实时监测，是国内功能比较完整、实用、有效的覆冰实时监测系统。另外本发明提出的倾角-温度测量装置还可用于输电线路动态载流量的实时监测和导线弧垂的实时监测，绝缘子串偏移角测量装置还可用于输电线路风偏的实时监测。导线温度和电流监测数据可在调整线路负荷或交直流短路融冰时提供控制依据。以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。权利要求1、架空输电线路导线覆冰实时监测方法，其特征在于包括如下步骤1)将的倾角-温度监测装置设置在各档线路导线上，用于实时测量线路导线的悬挂点倾角和导线温度；2)将偏移角-风偏角监测装置设置在各悬垂绝缘子串上，用于实时测量悬垂绝缘子串沿导线方向偏移角和垂直导线方向风偏角；3)根据倾角-温度监测装置实测的第i档导线悬挂点倾斜角θi(°)，计算id="icf0001"file="A2009100971840002C1.tif"wi="39"he="11"top="79"left="42"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>式中i表示线路耐张段中第i档；li为档距(m)；hi为两悬挂点高差(m)，当悬挂点比另一端高时为正，比另一端低时为负；φi为高差角(°)；Hi为覆冰状态时导线的水平张力(N)；wi为覆冰状态时导线单位长度的荷载(N/m)；4)根据偏移角-风偏角监测装置实测的第i档悬垂绝缘子串的垂直偏移角为υi(°)，第i-1档绝缘子串垂直偏移角为υ(i-1)(°)，计算第i档档距增量Δli(m)Δli＝LJi×sinυi-LJ(i-1)×sinυ(i-1)式中LJi、LJ(i-1)分别为第i、i-1档绝缘子串长度(m)；5)根据倾角-温度监测装置实测的第i档导线温度ti(℃)、步骤3)、步骤4)的计算结果和导线基本参数计算覆冰状态下第i档导线水平张力Hi(N)式中E为导线的最终弹性系数(N/mm2)；α为导线的温度线膨胀系数(1/℃)；S为一根导线的截面积(mm2)；Hm、wm、tm分别为设计或架线工况时导线的水平张力(N)、导线单位长度的荷载(N/m)和导线的温度(℃)；6)根据步骤5)的计算结果及已知的参数，可计算出导线覆冰状态时第i档导线的综合荷载wi(N/m)2、根据权利要求1所述的架空输电线路导线覆冰实时监测方法，其特征在于，根据步骤6)的计算结果，(假设冰均折算为密度q为0.9g/cm3的圆形雨淞断面)可计算第i档导线的覆冰厚度bi(mm):w,2=[9.80665《+0.027728+Z))]2+2式中v为实测风速(m/s);e为风向与电线轴向间夹角r);h为电线平均高度(m);D为电线外径(mm);iisc为导线的风载体形系数，此处设ysc-1.2;a为风速不均匀系数，根据v的的大小取不同值；(3c为风载调整系数，根据v的的大小取"、不同值;;上式为一元二次方程AX2+BX+C=0，可求解出bi。3、架空输电线路导线覆冰实时监测系统，其特征在于包括倾角-温度监测装置、偏移角-风偏角监测装置，监控系统主机；所述的倾角-温度监测装置设置在各档线路导线上，所述的偏移角-风偏角监测装置设置在各悬垂绝缘子串上，所述的监控系统主机设在现场或监控中心；偏移角-风偏角监测装置与倾角-温度监测装置连接，倾角-温度监测装置与监控主机无线连接。4、根据权利要求3所述的架空输电线路导线覆冰实时监测系统，其特征在于所述的倾角-温度监测装置，内部包括以下模块电流互感器、电源整定模块、倾角采样模块、温度采样模块、电流采样模块、通信模块、主控模块MCU;电流互感器通过与线路导线的直接耦合，用于给装置提供电源，并作交流电流的前期处理；倾角采样模块、温度采样模块、电流采样模块、通信模块分别与主控模块MCU连接，电源整定模块用于完成装置工作电压的稳压功能；倾角采样模块用于把导线悬挂点倾角信息转变为能被—丰.控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;温度釆样模块用于把导线温度信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;电流采样模块用于把导线交流电流信息转变为能被主控模块MCU读取的数字量，输出至主控模块MCU;主控模块MCU用于读取、处理本装置的倾角、温度和电流的数字量，完成相关计算和存储数据，完成监控系统主机指令的处理，通信模块用于完成主控模块MCU发出的数据和控制指令的收发任务，以RF方式将所有信息发往监控系统主机。5、根据权利要求4所述的架空输电线路导线覆冰实时监测系统，其特征在于所述的偏移角-风偏角监测装置内部为双轴数字角度传感器模块，输出数字信号通过电缆接到上述倾角-温度的监测装置的主控模块MCU，主控模块MCU控制通信模块以RF方式将信息发往监控系统主机。全文摘要本发明涉及输电线路导线的监测领域，尤其涉及架空输电线路导线覆冰实时监测方法及系统，该方法包括如下步骤1)将倾角-温度监测装置设置在各档线路导线上，用于实时测量线路导线的悬挂点倾角和导线温度；2)将偏移角-风偏角监测装置设置在各悬垂绝缘子串上，用于实时测量悬垂绝缘子串沿导线方向偏移角和垂直导线方向风偏角；通过实时测量线路导线悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串偏移角，实时计算线路导线覆冰综合荷载和覆冰厚度。本发明的有益效果不仅可以测量导线的覆冰厚度，更为重要是测量出覆冰导线的综合荷载，并且测量合理、正确，算法简单，结果精确，能适用于线路耐张段内均匀覆冰和非均匀覆冰的综合荷载计算。文档编号G01B21/08GK101556195SQ20091009718公开日2009年10月14日申请日期2009年3月26日优先权日2009年3月26日发明者炜侯,徐青松,朱功辉,勇杨,祝益民,黎小林申请人:杭州海康雷鸟信息技术有限公司;中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心