架空輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀

劉風坤+++溫泉

摘 要：本文簡要概述了架空輸電線路覆冰的危害；介紹了現(xiàn)有架空輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀；對現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的原理進行分析總結(jié)；根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用情況和存在的不足，提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；覆冰；監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.252

我國地貌特征千差萬別，輸電網(wǎng)的大部分需要穿過高原、山地、盆地等氣候惡劣的區(qū)域，在冰雪、凍雨等極端的氣象條件下，輸電線路覆冰成為了不可避免的問題。線路覆冰，易造成相間閃洛，增加導線的張力和塔架等金具的支撐載荷，嚴重時會造成斷線、倒塌、電網(wǎng)列解等事故。為了電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行，輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)成為急需解決的重大課題之一。

從監(jiān)測系統(tǒng)實施的原理方法來看，可將其分以下幾類：圖像等效判別法、傾角-弧垂法、電容感應(yīng)式傳感器法、模擬導線法、行波法、稱重法等。本節(jié)對現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的原理進行分析總結(jié)，并為系統(tǒng)的改進措施提出建議。

1 圖像等效判別法

圖像等效判別法的原理：攝像機放置在輸電線路的不同位置上，對線路進行實時監(jiān)測和拍照。通過GPRS將圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的計算機對接收到的圖像和數(shù)據(jù)進行微積分計算，結(jié)合由導線的粗細算出來的結(jié)冰面積，通過換算得出覆冰的重量和厚度。該方法不僅可以測得輸電導線上的覆冰量還可以測得絕緣子串上的覆冰量。

圖像等效判別法的關(guān)鍵技術(shù)在于：如何獲取能反映出導線覆冰的精確模型；以及如何精確的進行圖像的邊緣特征提取?，F(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)大多是基于單目視覺的輸電線路覆冰監(jiān)測算法，此類算法只能得到覆冰導線的二維坐標數(shù)學模型，對不規(guī)則的覆冰圖像識別精度較低。因此，基于雙目視覺的輸電線路覆冰監(jiān)測算法是發(fā)展的趨勢。該算法利用的是雙目視覺原理，用雙攝像頭從不同的角度獲取覆冰導線的圖像，建立導線的三維坐標數(shù)學模型來進行覆冰監(jiān)測[1]。

2 傾角-弧垂法

傾角-弧垂法的原理：首先通過傳感器對輸電線路中懸掛點的傾角及線路的弧垂進行測量，然后通過線路的懸鏈線方程來計算出輸電導線應(yīng)力的變化，最后根據(jù)應(yīng)力的變化推導出線路的覆冰量 [2]。

這一方法的特點就是需要傳感器測量的量較少，算法簡單，能夠?qū)崟r監(jiān)測輸電線路上的覆冰量。但是這種算法的前提要求輸電線路上的覆冰情況是均勻的，而實際上，覆冰情況不可能是完全均勻的。在該方法中雖然弧垂和傾角隨著覆冰量的變化而變化，但是這種變化量是非常小的，需要選擇高精度的傳感器進行測量，但會引起較大的誤差。一些高校和科研院所已用該原理做出了部分監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的不足之處在于，其傾角傳感器和拉力傳感器需要裝在高壓輸電導線上。安裝時一般需要將輸電線路斷電，且在高空安裝相應(yīng)的裝置難度也較大。

3 電容感應(yīng)式傳感器法

電容感應(yīng)式傳感器法是基于冰和空氣電阻特性存在差異這一原理，設(shè)計了一種電容感應(yīng)式傳感器，用該傳感器對輸電線路中導線和塔桿的結(jié)冰量進行測量，從而實現(xiàn)對輸電線路覆冰量的監(jiān)測。

此傳感器的原理：N對檢測接點按一定的間隔豎直排列，這些接點連接著開關(guān)，這些開關(guān)能在一定的軟件控制下按順序分時接通。這樣可以分別檢測不同垂直高度的冰層、水層和空氣層，然后通過對檢測信號的處理就可以得出冰層的厚度。

由于輸電導線覆冰的不均勻性，此種方法，不能全面的反映一檔輸電線路上的覆冰情況。

4 模擬導線法

模擬導線法是在輸電線塔桿上掛上一根模擬導線，這跟導線跟真實導線同材質(zhì)、同型號。通過測量模擬導線的覆冰，可以估計真實導線的覆冰量。這種方法的特點是：成本低，算法簡單，測量裝置安裝方便，不影響正常的輸電作業(yè)，不涉及到帶電部分等。由于沒有考慮到輸電線路電線的溫度、舞動和風載的影響，此方法會有一定的誤差，不能全面的反應(yīng)一檔導線的覆冰情況。

5 行波法

行波法的原理：行波在不同長度的導線上傳輸?shù)臅r間是不同的，覆冰會導致導線的長度發(fā)生變化，因此，通過測量行波在輸電導線覆冰前后的時間差就可以算出導線長度的變化量，又因為覆冰量與輸電導線長度的變化存在一定的關(guān)系，根據(jù)它們之間的關(guān)系就能得出覆冰量。

這一方法的特點是：輸電導線在覆冰后的長度變化不是特別的大，尤其是在距離較短時，所以該方法只能測量很遠的距離上輸電線路的覆冰量。而當距離太遠時，不同區(qū)域內(nèi)的結(jié)冰厚度還可能存在很大的差別。因此這一方法測得的結(jié)果跟實際情況有較大的誤差，不能精確的反應(yīng)具體每一檔內(nèi)的覆冰情況。

6 稱重法

當輸電線路覆冰時，線路的載荷就會增加，輸電線路的狀態(tài)也會隨之變化。該變化主要由覆冰引起。稱重法的原理是，通過監(jiān)測輸電線路狀態(tài)的變化，來監(jiān)測輸電線路的覆冰載荷。該方法可以實現(xiàn)自動測量，減少了工人在惡劣自然環(huán)境中的工作時間，且測量誤差小，是一種非常有前途的輸電線路覆冰載荷監(jiān)測方式。根據(jù)監(jiān)測參數(shù)的不同，稱重法可以分為兩種。一種是應(yīng)力-稱重法，另一種是坐標-稱重法。

應(yīng)力-稱重法，是通過光纖光柵傳感器直接測量輸電導線應(yīng)力的變化，監(jiān)測線路覆冰[3]。這種方法的優(yōu)點是測量結(jié)果精度高，原理簡單。缺點是，傳感器的安裝制造困難，實施難度較大。

坐標-稱重法，是先對輸電導線上某些點的坐標值進行測量，通過坐標來計算輸電線路的狀態(tài)方程，再得到導線上的覆冰載荷，進而監(jiān)測覆冰[4]。這種方法的特點是，不需要對現(xiàn)有線路進行改造，實施容易。缺點，沒有考慮到風載荷的影響。

7 結(jié)論

本文對現(xiàn)有架空輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行綜述，為后續(xù)覆冰監(jiān)測技術(shù)的進一步研究提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]陳立軍.輸電線路覆冰檢測技術(shù)發(fā)展綜述[J].化工自動化及儀表，2010，38（02）：129-133.

[2]徐青松.輸電線路弧垂的實時監(jiān)測[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（07）：14-19.

[3]羅健斌.基于光纖傳感技術(shù)的高壓輸電線路覆冰狀態(tài)監(jiān)測研究[D].廣州：華南理工大學，2013：60-68 .

[4]劉風坤.輸電線路多纜除冰子機器人與覆冰檢測系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013：45-59.