微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施

微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施

徐扬

国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 赤峰 024000

摘要：智能电网的建设是依靠完善检测技术的有效支撑。在输变电系统中普遍存在着输电线路覆冰的现象，输电线路一旦覆冰，就有可能导致杆塔倾斜甚至倒塌、导线舞动等一系列问题，会极大地影响人们正常的生产和生活，给国家和人民带来难以估量的经济损失。本文基于浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统展开论述。
键词：浅析架空输电线路；导线覆冰；在线监测系统
1 输电线路覆冰的危害
冰雪灾害严重威胁着电力系统的正常运行，输电线路覆冰和积雪会导致其机械和电气性能急剧下降，引起绝缘子覆冰闪络、导地线断线、导线舞动、倒塔和电力通信中断等事故。对于输电线路的覆冰监测有着至关重要的意义，准确可靠的输电线路导线覆冰状态监测系统能够有效地指导输电线路导线除冰工作。基于力学模型的称重法计算覆冰厚度是目前国家公认的精确度较高的一种方法，但计算模型较复杂。覆冰导线的弧垂变化、实际覆冰密度与理论密度不同都有可能导致覆冰厚度等效计算误差。同时这种方法的测量结果不能反映绝缘子串的覆冰状况，多参数采集偏差也会导致覆冰厚度的计算误差较大。因此，线路运行部门希望以更为直观的方式观测导线覆冰状况目前南方电网公司管辖的广东、广西、云南、贵州省网和超高压电网，国家电网公司管辖的华东、华中、华北、山西、湖南和福建等地区电网已建立了输电线路覆冰状态监测系统。目前国内用于导线覆冰的监测方法主要有称重法、导线倾角法、图像监测法、覆冰速率计法、模拟导线法以及准分布式光纤法，输电线路一旦覆冰，将会产生诸多难以弥补的危害，严重影响人们的正常生产、生活。
2 架空线路覆冰危害
2.1 造成杆塔损坏甚至折断

输电线路上的导线覆冰超过一定厚度，会使杆塔压力承载超重，一旦超过临界值，有可能导致杆塔倾斜甚至折断。

2.2 导线跳跃，短路跳闸，供电中断

在输电线路中，有一些导线是垂直排列的，如果下面的输电导线先行脱落覆冰，会引起下层导线跳跃，造成供电系统短路，形成跳闸，供电就会中断，影响人们的正常生产、生活。

2.3 导线下垂，引发接地事故

一般遭受覆冰灾害时，输电线路不同导线段的覆冰厚度是不同的，这样就会引起导线不同程度的下垂，绝缘子串将会随之倾斜，有可能引发接地事故。
3 国内外覆冰在线监测装置技术比较
（1）图像等效判别法，在杆塔上安装视频装置,拍摄导线上的覆冰形状,利用GPRSCDMA或自建无线数据接力传输系统等方式将图片传输到后台,利用导线固有的几何尺寸,采用微积分的方法计算覆冰面积,再换算到等效覆冰厚度。这种方法简单易行,但不能真实反映导线等值覆冰状况,例如:导线不同部位覆冰的不均匀性,冰的密度(0.9g/cm3)换算等。

（2）测量导线应力换算冰的质量在悬垂线夹附近的导线上安装倾角传感器,监测导线倾角的变化,对应导线弧垂与温度的变化曲线,对比角度差,计算导线应力的增加量,得出覆冰的质量,在等效换算到等值覆冰厚度。这种方法的关键数据是导线弧垂与温度的变化曲线受很多因素制约,稍有误差,覆冰质量就相差很大。
4 架空输电线路导线覆冰在线监测的意义
        南方电网作为我国重要的电力公司，自2008年1月以来，特别是在一些特殊区段输电线路覆冰故障大幅上升。由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆、断线及跳闸事故频繁发生。尤其2008年1-2月，我国南方电网出现了持续较长时间的大范围雨雪冰冻天气，造成1252条110～500kV线路倒塔7377基、受损3092基，13888条10～35kV线路故障停运。架空输电线路导线覆冰故障为我国电网正常运行以及电力设备带来了极大的阻碍，2008年我国南方大范围冰雪灾害中，全国直接经济损失超过了1000亿元，因此开展输电线路覆冰预警技术的研究有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害。
5 架空输电线路导线覆冰在线监测系统
5.1 视频监测法
        视频监测技术作为一种先进的技术手段，其主要的内容便是将视频拍摄装置安装在电线塔杆上，并对导线进行拍摄。若存在导线覆冰的问题，可以直接通过视频拍摄的技术手段，将其数据传输到信息管理平台当中，通过数学工具以及数据手段，将视频监测技术到的覆冰数据进行详细的测算。视频监测技术主要的技术内容，便是通过摄影机信息采集的手段，合理的采集覆冰图像、把控覆冰厚度，并且通过分组无线电业务手段，将数据信息发送到输电线路导线覆冰控制处理中心，结合实际情况开展相应的问题处理。在线监测输电线路覆冰厚度原理，提出了一种最为新颖的输电线路导线与绝缘子覆冰厚度的检测方法，其主要的内容便是利用安装在高压铁塔上所安装的摄影机和图像采集卡的手段，来获取导线和绝缘子覆盖图像，并且针对图像进行实时处理，并合理的提取便捷轮廓，以便于科学合理的测量导线与绝缘子上冰层厚度。

5.2 称重法
        称重法是指将在杆塔横臂与绝缘子串之间安装电子式称重传感器，并利用对绝缘子倾角和拉力的测量值计算出导线覆冰状况。学者黄新波等人对运用称重法测量导线覆冰情况开展了大量研究工作，提出了有关系统构成、通信方法等方面的建设性方案，该系统目前己广泛应用在南方电网公司。
5.3 导线倾角法
        这种方法又被分成倾角一弧垂法和水平张力一倾角法。其中，倾角一弧垂法是指在导线线夹附近安装传感器，采集导线弧垂、倾角等数据，再将线路自身参数和实际的气象参数输入至己建立的输电线路状态方程和专家分析软件，最终计算得到等值冰厚。此方法原理简单，但不足之处在于实施起来具有很大难度，且输电导线的弧垂和倾角受多种因素所影响，造成的误差很大。对于水平张力一倾角法，其利用拉力传感器测量采集到绝缘子串轴向张力和悬挂点处倾角等参数，并结合相关状态方程得出覆冰质量。这种方法结构比较简单，但误差较大。
5.4 超声波监测技术
        基于超声波测厚的覆冰状态在线监测与预警系统主要由气象参数监测模块，覆冰厚度监测模块，电源模块以及变电站控制中心所组成。气象参数监测模块包括温湿度，风速风向和雨量等传感器，气象参数采集单元以及监测挪，参数采集单元分别与各传感器及监测分机所连接;覆冰厚度监测模块主要包括视频监测单元，唤醒控制单元，超声波测量单元以及覆冰厚度计算模型单元。唤醒控制单元分别与视频监测单元及超声波测量单元连接，测量单元得到的数据交由覆冰厚度计算模型处理，得到所监测的输电线路覆冰等值均匀厚度，最终上传给变电站控制中心，等候其发出指令。
5.5 光纤传感技术
        光纤因为具有抗电磁干扰能力强等优点，常被用于光纤传感领域。光纤传感技术分为分布式光纤传感技术和准分布式传感技术两种。分布式光纤传感技术根据散射效应不同分为:瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射。但在实际覆冰线监测的应用中，瑞丽散射存在对温度、应力的变化不敏感等问题;拉曼散射的信号弱，无法满足对长距离输电线路的监测。光纤的分布式传感技术在线路的监测中存在着很大的问题。准分布式传感技术的代表是光纤光栅传感技术。目前光纤光栅有两种类型，均匀性和非均匀性的光纤光栅。均匀性的光纤光栅包括:光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、倾斜光纤光栅;非均匀性的光纤光栅包括线性惆啾光纤光栅、分段惆啾光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤光栅以及Tapered光纤光栅。经各种研究表明，光纤光栅传感技术对温度和应力的检测己相当成熟，除此之外，还可应用于覆冰、舞动、振动、风偏、弧垂等输电线路可能面临情况的检测，是目前非常有前景的输电线路传感技术。
结束语：
         总而言之，电力系统的安全性以及稳定性需要通过高效完善的检测技术来进行支撑。在实际开展在线监测工作时，应该有效结输电线路的实际情况，科学合理的分析出不同在线监测手段的优缺点和应用效率，确保全面认知架空输电线路导线覆冰线路监测的实效性，促进我国当前电路信息运行的安全。
参考文献：
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