电力线覆冰监测方法及装置与流程

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种电力线覆冰监测方法及装置。

背景技术：

电力线的覆冰可能会造成电力线断裂和电力线杆塔倒塌等事故，进而造成电力供应的中断，影响供电网络的稳定性和安全性。此外，因电力线覆冰而引发的电力故障具有覆盖面积较大、恢复难度较高、持续时间较长的特点，不仅影响居民的正常生活，还会制约地区的经济发展。目前，一般采用架设高空摄像头的方式实时监测电力线的覆冰状况，但该方式普遍基于有源设备，摄像头在极端天气或断电情况下监测效率较低甚至会中断监测，因此，现有技术中电力线覆冰的监测装置存在监测准确性较差、监测稳定性较差且受环境影响较大等缺陷。综上，现有技术中存在电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电力线覆冰监测方法及装置，以至少解决现有技术中存在的电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电力线覆冰监测方法，该方法包括：当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，获取架设在上述两个杆塔之间的光缆的物理参数；对上述物理参数进行计算，得到上述光缆的覆冰厚度；根据上述光缆的覆冰厚度得到上述电力线的覆冰厚度。

进一步地，上述物理参数至少包括上述光缆的承载截面积、上述光缆的直径、上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载以及上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述对上述物理参数进行计算，得到上述光缆的覆冰厚度包括：根据第一预设公式对上述物理参数进行计算，得到上述光缆的覆冰厚度，其中，上述第一预设公式为：上述b为上述光缆的覆冰厚度，上述S为上述光缆的承载截面积，上述g_n为上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述g_m为上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载，上述d为上述光缆的直径，上述ρ为冰的密度以及上述g为重力加速度。

进一步地，上述物理参数为上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载，上述获取架设在上述两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：获取上述光缆的单位长度质量和上述光缆的承载截面积；根据第二预设公式对上述光缆的单位长度质量和上述光缆的承载截面积进行计算，得到上述光缆的物理参数，其中，上述第二预设公式为上述g_m为上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载，上述G为上述光缆的单位长度质量，上述S为上述光缆的承载截面积以及上述g为重力加速度。

进一步地，上述物理参数为上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述获取架设在上述两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：获取上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值和上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值；获取上述两个杆塔之间的高度差和上述两个杆塔之间的距离，并根据上述高度差和上述距离计算上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值；根据第三预设公式对上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值、上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值和上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值进行计算，得到上述光缆的物理参数，其中，上述第三预设公式为上述g_n为上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述σ_n为上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值，上述σ_An为上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值，上述l为上述两个杆塔之间的距离以及上述为上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值。

进一步地，上述获取架设在上述两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：通过与上述光缆连接的布里渊光纤传感检测器向上述光缆发射光信号，得到上述光缆基于上述光信号反馈的布里渊散射信号；对上述布里渊散射信号进行检测，得到上述物理参数。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电力线覆冰监测装置，该装置包括：获取单元，用于当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，获取架设在上述两个杆塔之间的光缆的物理参数；计算单元，用于对上述物理参数进行计算，得到上述光缆的覆冰厚度；处理单元，根据上述光缆的覆冰厚度得到上述电力线的覆冰厚度。

进一步地，上述计算单元包括：第一计算子单元，用于根据第一预设公式对上述物理参数进行计算，得到上述光缆的覆冰厚度，其中，上述第一预设公式为：上述b为上述光缆的覆冰厚度，上述S为上述光缆的承载截面积，上述g_n为上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述g_m为上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载，上述d为上述光缆的直径，上述ρ为冰的密度以及上述g为重力加速度。

进一步地，上述获取单元包括：第一获取子单元，用于获取上述光缆的单位长度质量和上述光缆的承载截面积；第二计算子单元，用于根据第二预设公式对上述光缆的单位长度质量和上述光缆的承载截面积进行计算，得到上述光缆的物理参数，其中，上述第二预设公式为上述g_m为上述光缆在无覆冰状态下的自重力比载，上述G为上述光缆的单位长度质量，上述S为上述光缆的承载截面积以及上述g为重力加速度。

进一步地，上述获取单元包括：第二获取子单元，用于获取上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值和上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值；第三获取子单元，用于获取上述两个杆塔之间的高度差和上述两个杆塔之间的距离，并根据上述高度差和上述距离计算上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值；第三计算子单元，用于根据第三预设公式对上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值、上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值和上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值进行计算，得到上述光缆的物理参数，其中，上述第三预设公式为上述g_n为上述光缆在覆冰状态下的自重力比载，上述σ_n为上述光缆在覆冰状态下的水平方向应力值，上述σ_An为上述光缆在覆冰状态下的轴向应力值，上述l为上述两个杆塔之间的距离以及上述为上述两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值。

进一步地，上述获取单元包括：第四获取子单元，用于通过与上述光缆连接的布里渊光纤传感检测器向上述光缆发射光信号，得到上述光缆基于上述光信号反馈的布里渊散射信号；第五获取子单元，用于对上述布里渊散射信号进行检测，得到上述物理参数。

在本发明实施例中，当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，采用获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数的方式，通过对物理参数进行计算得到光缆的覆冰厚度，达到了根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度的目的，从而实现了提升电力线覆冰监测的效率和稳定性、避免极端天气影响电力线覆冰实时监测的技术效果，进而解决了现有技术中存在的电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1(a)是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测方法的流程示意图；

图1(b)是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测方法的结构示意图；

图1(c)是根据本发明实施例的另一种可选的电力线覆冰监测方法的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的另一种可选的电力线覆冰监测方法的流程示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种电力线覆冰监测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1(a)是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测方法的流程示意图，如图1(a)所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数；

步骤S104，对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度；

步骤S106，根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度。

在本发明实施例中，当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，采用获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数的方式，通过对物理参数进行计算得到光缆的覆冰厚度，达到了根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度的目的，从而实现了提升电力线覆冰监测的效率和稳定性、避免极端天气影响电力线覆冰实时监测的技术效果，进而解决了现有技术中存在的电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

可选地，图1(b)是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测方法的结构示意图，如图1(b)所示，电力线101与光缆103架设在相邻的两个杆塔之间，光缆103与布里渊光纤传感检测器105连接，布里渊光纤传感检测器105与覆冰监测的服务器107连接，该服务器107可以具有计算、存储、告警、数据共享等功能。在进行电力线的覆冰监测时，布里渊光纤传感检测器105和服务器107可放置在变电站的通信机房内，布里渊光纤传感检测器105与光缆接通。

可选地，杆塔是架空配电线路中的基本设备之一，按所用材质可分为木杆、水泥杆和金属杆三种。水泥杆具有使用寿命长，维护工作量小等优点，使用较为广泛。水泥杆中使用最多的是拨梢杆，锥度一般均为1/75，分为普通钢筋混泥土杆和预应力型钢筋混泥土杆。本实施例中的电力线和光缆均为架设在杆塔上的架空线路。

可选地，光缆(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线)兼具地线与通信双重功能，一般称作OPGW光缆。目前，在电网中也广泛建设了光缆，即将光纤复合到钢芯铝绞线中作为在高压电力线的地线，它一般都铺设在电压为110KV及其以上的输电线路当中。需要说明的是，光缆和电力线同杆架设，测量到光缆的覆冰厚度，等同于测得电力线覆冰厚度，本实施例即基于上述原理进行电力线覆冰的实时监测。

可选地，由于光缆的表面结冰会使其受到的应力比没有覆冰的时候变大，利用布里渊光纤传感检测器105可以远程测量光缆的温度和应力变化，结合温度变化去除应变变化时电力线本身热胀冷缩的影响，从而可以得到因为光缆表面覆冰造成的应变加大值。

可选地，基于上述应变值的变化，结合光缆的杨氏模量，可以计算出应力值，进而架空光缆看成抛物线，可以计算出光缆重量的增量，最终计算出光缆表面覆冰的厚度，基于相同环境相同地理位置的前提，该光缆表面覆冰的厚度实际上等同于与该光缆架设在相同杆塔上的电力线的覆冰厚度。

可选地，物理参数至少包括光缆的承载截面积、光缆的直径、光缆在无覆冰状态下的自重力比载以及光缆在覆冰状态下的自重力比载，对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度包括：根据第一预设公式对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度，其中，第一预设公式为：b为光缆的覆冰厚度，S为光缆的承载截面积，g_n为光缆在覆冰状态下的自重力比载，g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，d为光缆的直径，ρ为冰的密度以及g为重力加速度。

可选地，冰的密度ρ一般取值为9×10^-4g/mm³，重力加速度一般取值为9.8N/kg。

可选地，物理参数为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：获取光缆的单位长度质量和光缆的承载截面积；根据第二预设公式对光缆的单位长度质量和光缆的承载截面积进行计算，得到光缆的物理参数，其中，第二预设公式为g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，G为光缆的单位长度质量，S为光缆的承载截面积以及g为重力加速度。

可选地，物理参数为光缆在覆冰状态下的自重力比载，获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：获取光缆在覆冰状态下的水平方向应力值和光缆在覆冰状态下的轴向应力值；获取两个杆塔之间的高度差和两个杆塔之间的距离，并根据高度差和距离计算两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值；根据第三预设公式对光缆在覆冰状态下的水平方向应力值、光缆在覆冰状态下的轴向应力值和两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值进行计算，得到光缆的物理参数，其中，第三预设公式为g_n为光缆在覆冰状态下的自重力比载，σ_n为光缆在覆冰状态下的水平方向应力值，σ_An为光缆在覆冰状态下的轴向应力值，l为两个杆塔之间的距离以及为两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值。

可选地，该两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值其中，l为两个杆塔之间的距离，该距离值一般需要现场实测，单位一般为m。h为两个杆塔之间的高度之差，该距离值一般也需要现场实测，单位一般为米。

可选地，光缆在覆冰状态下的轴向应力值σ_An＝E[ε_n-α·Δt]+σ_Am，该应力值的单位可以取N/mm²。可选地，E为光缆的杨氏模量，单位一般取N/mm²。具体地，杨氏模量(Young's modulus)是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，杨氏模量(Young's modulus)，又称拉伸模量(tensilemodulus)是弹性模量(elasticmodulus or modulus of elasticity)中最常见的一种。杨氏模量衡量的是一个各向同性弹性体的刚度(stiffness)，定义为在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比。ε_n为布里渊应变传感器105监测到的光缆覆冰状态与无覆冰状态变化的应变值。Δt为布里渊应变传感器105监测到的光缆的温度变化值，具体地，布里渊应变传感器105监测到的光缆的温度变化值Δt＝(λc_n-λc_m)×100。α为光缆的热膨胀系数，单位一般可取℃，热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，简称为CTE)是物体由于温度改变而有胀缩现象，其变化能力以等压(P一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。各物体的热膨胀系数不同，一般金属的热膨胀系数单位为1/度(摄氏)。σ_Am为光缆在无覆冰状态下的轴向应力值。

可选地，光缆在无覆冰状态下的轴向应力值σ_Am＝σ_m+g_mf_m，其中，σ_m为光缆在无覆冰状态下的水平方向应力值，g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，f_m为架空光缆(或电力线)之间的初始弧垂，单位一般为m。光缆上任意一点到悬挂点连线之间的铅垂距离称为光缆在该点的弧垂，弧垂是指在平坦地面上，相邻两基杆塔上光缆悬挂高度相同时，光缆最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。如果光缆在相邻两杆塔上的悬挂点高度不相同，此时，在一个档距内将出现两个弧垂，即光缆的两个悬挂点至光缆最低点有两个垂直距离，称为最大弧垂和最小弧垂。

可选地，光缆在无覆冰状态下的水平方向应力值其中，l为两个杆塔之间的距离，g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，f_m为架空光缆(或电力线)之间的初始弧垂，为两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值。

基于上述，根据光缆的状态平衡方程和光缆的抛物线方程可以列出如下方程组：

对上述方程组进行整理，可以得到一个σ_n为未知数的一元二次方程式，该一元二次方程式如下所示：

对上述一元二次方程式进行求解可以得到光缆在覆冰状态下的水平方向应力值σ_n，从而可以根据σ_n计算出光缆覆冰状态下的自重力比载。

基于上述，将光缆增加的自重力比载，可以看成是由表面覆冰造成。即：

可选地，图1(c)是根据本发明实施例的一种可选的电力线覆冰监测方法的结构示意图，如图1(c)所示，可以覆冰均匀附着在光缆上，进而计算出光缆的覆冰厚度：

可选地，图2是根据本发明实施例的另一种可选的电力线覆冰监测方法的流程示意图，如图2所示，步骤S102，获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数包括：

步骤S202，通过与光缆连接的布里渊光纤传感检测器向光缆发射光信号，得到光缆基于光信号反馈的布里渊散射信号；

步骤S204，对布里渊散射信号进行检测，得到物理参数。

可选地，该布里渊光纤传感检测器105可以向与其连接的光缆发射光信号，并检测光缆中的布里渊散射信号，进而由服务器107对检测到的布里渊散射信号进行处理和分析，得到光缆的温度和应力值等物理参数。服务器107可以通过光缆的物理参数建立光缆的抛物线模型，从而计算该光缆的覆冰厚度。

可选地，上述检测过程主要利用布里渊光纤传感技术，布里渊光纤传感技术是利用光纤中的布里渊散射现象，即从经典物理学角度讲，介质分子内部存在一定形式的振动，引起折射率随时间和空间周期性起伏，而产生自发超声场，光入射到光纤时受到该声场的作用产生频率移动的布里渊散射。普通单模光纤中，温度和应力都能改变光纤的折射率，因此只要检测光纤中布里渊频移的变化，就可得到温度或应力在光纤上的分布。

基于上述，布里渊光纤传感技术的显著优点有：无需在再安装传感器，光缆本身就是传感器；测量温度或应变的精度明显高于其他技术；测量距离长，可达250千米，满足工程应用长距离测量的需要；空间分辨率高，目前已达厘米级甚至理论微米级水平；实现温度和应变的同时测量，便于提高仪器利用率，节约成本。

在本发明实施例中，当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，采用获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数的方式，通过对物理参数进行计算得到光缆的覆冰厚度，达到了根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度的目的，从而实现了提升电力线覆冰监测的效率和稳定性、避免极端天气影响电力线覆冰实时监测的技术效果，进而解决了现有技术中存在的电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

实施例2

根据本发明实施例，还提供了一种电力线覆冰监测装置，如图3所示，该装置可以包括：获取单元301、计算单元303和处理单元305。

其中，获取单元301，用于当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数；计算单元303，用于对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度；处理单元305，根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度。

可选地，计算单元303可以包括：第一计算子单元，用于根据第一预设公式对物理参数进行计算，得到光缆的覆冰厚度，其中，第一预设公式为：b为光缆的覆冰厚度，S为光缆的承载截面积，g_n为光缆在覆冰状态下的自重力比载，g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，d为光缆的直径，ρ为冰的密度以及g为重力加速度。

可选地，获取单元301可以包括：第一获取子单元，用于获取光缆的单位长度质量和光缆的承载截面积；第二计算子单元，用于根据第二预设公式对光缆的单位长度质量和光缆的承载截面积进行计算，得到光缆的物理参数，其中，第二预设公式为g_m为光缆在无覆冰状态下的自重力比载，G为光缆的单位长度质量，S为光缆的承载截面积以及g为重力加速度。

可选地，获取单元301可以包括：第二获取子单元，用于获取光缆在覆冰状态下的水平方向应力值和光缆在覆冰状态下的轴向应力值；第三获取子单元，用于获取两个杆塔之间的高度差和两个杆塔之间的距离，并根据高度差和距离计算两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值；第三计算子单元，用于根据第三预设公式对光缆在覆冰状态下的水平方向应力值、光缆在覆冰状态下的轴向应力值和两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值进行计算，得到光缆的物理参数，其中，第三预设公式为g_n为光缆在覆冰状态下的自重力比载，σ_n为光缆在覆冰状态下的水平方向应力值，σ_An为光缆在覆冰状态下的轴向应力值，l为两个杆塔之间的距离以及为两个杆塔在空间位置上形成的夹角的余弦值。

可选地，获取单元301可以包括：第四获取子单元，用于通过与光缆连接的布里渊光纤传感检测器向光缆发射光信号，得到光缆基于光信号反馈的布里渊散射信号；第五获取子单元，用于对布里渊散射信号进行检测，得到物理参数。

在本发明实施例中，当架设在相邻两个杆塔之间的电力线处于覆冰状态时，采用获取架设在两个杆塔之间的光缆的物理参数的方式，通过对物理参数进行计算得到光缆的覆冰厚度，达到了根据光缆的覆冰厚度得到电力线的覆冰厚度的目的，从而实现了提升电力线覆冰监测的效率和稳定性、避免极端天气影响电力线覆冰实时监测的技术效果，进而解决了现有技术中存在的电力线覆冰监测效率较低的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。