架空输电线路导线覆冰在线监测系统运行分析

合集下载

架空输电线路覆冰在线监测系统的运行

通过ＧＰＲＳ传至后台与监测数据进行对比分析
积停电事故湖南、西、州等地电网一度解列，汀贵部
分地电网儿乎全部损毁、此次冰灾的直接原因是罕见的持续大范围低温雨雪冰冻气候．同时也反映缺少在第一时间掌握线路覆冰状况的手段 … 目Ｉｍ检测线路覆冰的方法主要有人工巡视、观
的影响．害事故时发生冻雨覆冰使输电线路的冰
荷重增加，导线、塔、缘子和金具带来不同程对铁绝度的机械损坏．重时导致断线和倒杆塔．成大而严造
数、缘子倾角、缘子垂直荷重和导线等值覆冰厚绝绝度的数学模型，线监测导线等值覆冰厚度的变化在（视频在线监测。通过现场摄像头的转动，２）获取多方位多角度的现场图像．一般选取绝缘子、金具、线、塔基础等关键部位，时进行拍照图像导杆定
（６）自动预警报警功能根据线路设计标准或用
户要求，定预、警值，、警信息可在客户端显设报预报示．家系统也会根据预报警信息．专自动提高数据采
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ集频率．现实时跟踪实
中图分类号：Ｔ５＋Ｍ７２．５文献标志码：Ａ文章编号：１０ —６９（０１０．０８００４９４２１）５０３．３

输电线路导线应力及覆冰雪在线监测系统应用

递，采用移动或联通的通信网络（ＳＧＲ／ＤＧＭ／ＰＳＣＭＡ，Ｇ，３）在无信号区可采取短距离无线电传递再通过移动或联通的通信网
络进行远距离数据传输。
１功能实现．２输电线路覆冰综合监控系统，其本身集成了气象条件监测（温湿度、风速、向等）风。一方面利用线路导线覆冰后的重量变化以及绝缘子的倾斜／风偏角，合前人研究成果进行覆冰载荷计算、冰生长机理、结覆导线舞动、杆塔和金具强
第ｌ卷７
第５期
输电线路导线应力及覆冰雪在线监测系统应用
华亮亮
（通辽电业局，内蒙古通辽０８０）２００［摘要］电线路导线应力及覆冰雪在线监测系统是在借助前人的研究成果基础上通过覆冰厚度计算模型的输
研究，场拍摄图片压缩算法的研究，现并借助移动／联通网络进行数据远程实时传输，将覆冰厚度测量和现场图
完成环境温度、湿度、风速、向、风雨量等环境信息的采集，过ＧＭＧＲ／ＤＡ３通信模块发送至地市局监测中心，通ｓ／ＰｓＭ，ｃＧ监测中心专家软件则利用各种修正理论模型、验结果和现场运行结果来判断输电线路的运行状况，试及时给出预报警信息，从而
有效防止各类事故的发生。监测中心可对分机进行远程参数设置（采样时间间隔、如分机系统时间以及实时数据请求等）。各地市局的监测中心与省公司监测中心采用ＬＮ方式组网，Ａ省公司监测中心可以直接调用各地市局监测中心的导线、地线、
杆塔、绝缘子及环境等采集信息。输电线路在线监测技术主要针对野外的输电设备进行监测，为了保证监测信息的及时传

架空输电线路覆冰实时监测方案

用电与电源分布不一致一直是我国的基本国情，随着“ 西
别可分为以下几种；最常见的覆冰为雨淞，一般形成于输电线
其硬度大，粘附力强．密度也较大，故一般雨淞电东送 ” 工程的推进．越来越多的高压架空输电线路需要穿越路的迎风面上，形成后．如果出现下雪天气，极其容易导致导线覆冰迅速增高海拔、多积雪、重覆冰等地区，这也使得我国输电线路覆冰
２０１５年８月下
架空输电线路覆冰实时监测方案
任志涛（中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃省兰州市７３００５０）
【摘要】输电线路在线监测技术的应用是电网安全运行，提高电网输送能力的必然要求。本文基于此，首先简述了架空输电线路覆冰的成因
因是过冷却水撞击在低温物体上被捕获形成的冻结现象．在
输电线路中，由于输电线路导线和绝缘子结构较为复杂，加上
３现阶段架空输电线路覆冰监测方法分析
随着电子计算机的快速发展以及智能电网建设工作的推
【关键词】输电线路；覆冰；实时监测；方案设计【中图分类号】ＴＭ７２６【文献标识码ｌＡ【文章编号】１００６ — ４２２２（２０１５）１６ — ０１３７ — ０２

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随着科技的不断发展，输电线路的覆冰监测成为了一个重要的话题。

覆冰会给输电线路带来很大的安全隐患，尤其是在寒冷的冬季，更容易发生输电线路的故障。

为了及时监测覆冰情况并采取相应的防护措施，微探架空输电线路覆冰在线监测装置应运而生。

本文将就微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施进行详细介绍。

微探架空输电线路覆冰在线监测装置是一种基于先进传感技术的智能监测设备，能够实时监测输电线路的覆冰情况。

该装置具有以下特点：1.高精度监测：装置能够对输电线路的覆冰厚度、覆冰面积等数据进行高精度监测，实现对覆冰情况的准确把握。

2.实时报警：一旦监测到输电线路出现覆冰现象，装置会立即发出警报，及时提醒相关人员进行处理，从而减少因覆冰导致的事故发生。

3.远程监测：装置支持远程监测功能，用户可以通过手机、电脑等终端设备随时随地查看输电线路的覆冰情况，方便及时处理。

4.多种接入方式：装置支持多种接入方式，可以与传统的监测系统进行对接，也可以单独使用，适用性较广。

5.智能维护：装置具有自我维护功能，能够自动监测设备状态，及时发现并修复故障，提高了设备的稳定性和可靠性。

二、防护措施除了安装微探架空输电线路覆冰在线监测装置外，还需要针对输电线路的覆冰情况采取一些防护措施，以确保输电线路的安全稳定运行。

主要的防护措施包括：1.抗冻性能改良：对输电线路的材料进行抗冻性能改良，使其在低温环境下不易受冻，降低覆冰的可能性。

2.加强保温维护：对输电线路进行加强保温维护，采用保温层、加热设备等措施，有效减少覆冰的发生。

3.定期清理覆冰：针对已经出现覆冰的输电线路，需要定期进行清理，以确保线路的正常运行。

4.完善监测网络：在输电线路布设覆冰监测装置的还需要建立完善的监测网络，加强对输电线路覆冰情况的监控。

5.及时处置：一旦发现输电线路出现覆冰情况，需要及时处理，采取有效的措施将覆冰清除，保障输电线路的正常运行。

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近年来，架空输电线路覆冰已成为电力系统运行中一个重要的问题。

当输电线路受到覆冰后，可能出现线路杆塔断裂或传输线路受损等情况，给电力系统的安全运行带来很大影响。

因此，研究和开发一种能够有效监测输电线路覆冰的在线监测装置以及防护措施势在必行。

一、在线监测装置的设计原理在线监测装置主要包括传感器、控制器、通信模块和电源等组成部分。

装置通过传感器对输电线路的温度和湿度等参数进行监测，并将监测数据传输给控制器。

控制器根据所接收的数据，分析线路的冰层厚度，并将分析结果通过通信模块传输给远程监测中心，以便对线路的冰层情况进行实时监测和预警。

1. 精度高：在线监测装置可采用多种传感器，如温湿度传感器、电容式厚度传感器等，具有较高的精度和准确性。

2. 实时性好：通过与互联网实现连接，实现远程监测，可准确快速地对输电线路进行监测和分析。

3. 扩展性强：在线监测装置可根据实际需要进行扩展设计，进一步完善线路监测和预警系统。

三、防护措施的应用目前，防护措施主要包括人工除冰、机械除冰和加热除冰等。

其中，加热除冰技术是一种不断发展和应用的先进技术，已被广泛应用于输电线路覆冰的防护中。

加热除冰技术是利用电加热或其他能量加热方式，提高线路表面温度，使冰层融化或者脱落的技术。

该技术具有自动化程度高、作业可靠、效果好等特点，可有效提高输电线路的覆冰安全性。

四、结论通过在线监测装置和防护措施的应用，可有效监测和管理输电线路覆冰情况，并对其进行有效的防护和处理。

这不仅能够保证电力系统的安全运行，还能提高电力系统的服务水平和效率。

因此，在线监测装置和防护措施的引入是电力系统运行中的重要措施，也是未来电力系统发展的必然趋势。

输电线路覆冰在线监测系统的研究现状

输电线路覆冰在线监测系统的研究现状【摘要】输电线路覆冰会影响电网的安全稳定运行，国内外对于输电线路覆冰在线监测进行了很多研究，笔者旨在分析当前输电线路覆冰过程的一些研究模型及国内外覆冰导线状态检测技术的研究现状，根据其应用情况和存在的不足，提出了相应的改进措施。

【关键词】输电线路；覆冰；在线监测1 输电线路覆冰的原因、分类及危害1.1 输电线路覆冰的分类与原因导线覆冰是一种随机发生、不能人为控制的自然现象。

线路覆冰按冻结性质可分为雨淞、混合冻结、雾淞和冻雪等四种，其形成的气象条件各有差别，覆冰形成的密度和厚度还与架空线路的高度、线径、方向、档距及当地的地形和海拔高度均有关系。

一旦空气湿度及温度达到一定条件，借助风力的作用，这些空气中的水滴就会被吹向输电线路，慢慢地就会造成大面积的输电导线覆冰。

1.2 输电线路覆冰的危害输电线路一旦覆冰，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。

（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）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。

（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。

2 输电线路覆冰在线监测系统概述2.1 输电线路覆冰在线监测技术在我国，输电线路覆冰情况的检测主要靠人工长途巡查输电导线，这种方式受地理环境、天气状况等因素影响较大，检测效率非常低，而且周期很长。

随着科技的进步，我国开始建设500kV高压输电线路，自2008年春节期间发生冰雪灾害之后，我国开始逐步重视输电线路覆冰监测技术的研究与应用，其手段主要是从国外引进、借鉴一些先进的技术，由于时间短，自主开发的成熟技术相对较少。

架空输电线路覆冰在线监测系统及运行分析

架空输电线路覆冰在线监测系统及运行分析孟毅，陈继东摘要：持续低温雨雪天气使架空输电线路覆冰，对电网运行造成严重危害，输电线路覆冰在线监测系统具有重要意义。

文章分析了输电线路覆冰在线监测系统的原理及功能，对输电线路典型覆冰进行了分析，将覆冰过程分为形成、稳定增长、缓慢增长、消失四个阶段。

对系统的研发及运行进行了分析和总结，指出拉力传感器等关键部件存在的问题及解决措施。

通过若干年的运行，可建立覆冰统计资料序列，为输电线路工程设计提供依据。

引言架空输电线路超设计条件覆冰是影响送电线路安全运行的突出问题之一。

近年来，国内电网受大气候和微地形、微气象条件的影响，冰害事故时有发生。

冻雨覆冰使输电线路的荷重增加，对导线、铁塔、绝缘子和金具带来不同程度的机械损坏，严重时会导致断线和倒杆塔，造成大面积停电事故。

2008年一月以来，我过南方地区出现长时间持续的大范围的低温雨雪冰冻天气，导致输电线路发生倒塔、断线、覆冰闪络、脱冰跳跃等多种事故，对电网造成了严重的破坏。

湖南、江西、贵州等地电网一度解列，部分地区电网几乎全部损毁。

此次冰灾的直接原因是罕见的持续大范围低温雨雪冰冻气候，但同时也反映出缺乏在第一时间掌握线路覆冰状况的手段[1]。

目前，检测线路覆冰的方法主要有人工巡视、观冰站等，这些方法存在着劳动强度大、投资高，检测结果准确性差等问题。

输电线路覆冰在线监测技术通过在易覆冰区域的铁塔上安装覆冰自动监测站，将数据通过无线通讯网络传往监控中心，可随时掌握线路的覆冰情况，并可实现预、报警，达到降低电网覆冰事故损失的目的。

研究覆冰在线监测技术，对防止和控制电网冰灾，提高电网的运行可靠性具有重大意义。

1 输电线路覆冰在线监测系统的原理及功能输电线路覆冰在线监测系统是集计算机技术、微量信号传感技术、电磁兼容技术、数据信息处理技术、低功耗技术、视频技术、网络通讯技术等为一体的技术集合体[2]。

系统在输电线路杆塔安装拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、摄像机，采用无线通信技术（通常是GSM或GPRS）进行现场数据/图像的实时传输。

华中电网输电线路覆冰在线监测系统运行情况分析

下一步改进完善建议。
［关键词］华中电网；输电线路；覆冰；在线监测
［中图分类号］ＴＭ７５［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００６ — ３９８６（２０１３）０３００ｌ９～ｏ３
ＯｐｅｒａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｃｉｎｇＬｏａｄＯｎ — ｌｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒ０ｖｅｒｈｅａｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅｓ０ｆＣＣＰＧ
建立了直属输电线路覆冰在线监测系统，为预８年跳闸数据为年初冰灾期间输变电设备累计跳闸次
数［４。
网因覆冰发生倒塔、断线等事故提供可靠依据，在服
务于全网的防冰减灾作中起到积极作用。
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｉｃｉｎｇｌｏａｄｏｎ — ｌｉｎｅｍｏ —
ＳＨＩＴｉａｎ — ｒｕ，ＨＵＤａｎ — ｈｕｉ
（ＨｕｂｅｉＥｌｅｃｔｒｉｃ・Ｐｏｘ￣Ｌ，ｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＷｕｋａｎＨｕｂｅｉ４３００７７，Ｃｈｉｎａ）

架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测

第28卷㊀第2期2023年4月㊀哈尔滨理工大学学报JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY㊀Vol.28No.2Apr.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测杨小龙,㊀袁翰青,㊀孙辰军,㊀马㊀超,㊀李㊀静(国网河北省电力有限公司信息通信分公司,石家庄050000)摘㊀要:为实现架空输电线路在线覆冰及舞动监测,提出了一种基于分布式相敏光时域反射计(Φ-OTDR )架空输电线路在线监测方法㊂文章通过建立了输电线路的数学模型,理论分析得到导线的弧垂㊁舞动频率等参数计算公式;其次提出了基于Φ-OTDR 分析方法,并对其监测原理进行了分析㊂通过搭建架空线在线监测模型,分别开展架空线舞动试验及覆冰试验,分析得到了架空输电线路的动态应变特性,验证了基于Φ-OTDR 的输电线路状态在线监测方案㊂试验结果表明,在厘米尺度上,弧垂估计误差小于5.8%,在亚毫米尺度上,冰厚估计误差不大于10.84%,可准确描述了输电线路状态,为输电线路故障预警提供了有力支持㊂关键词:分布式光纤传感器;在线监测;架空输电线路;Φ-OTDR DOI :10.15938/j.jhust.2023.02.012中图分类号:TM726.3文献标志码:A文章编号:1007-2683(2023)02-0099-09On-line Monitoring of Sag and Icing of Overhead Transmission LinesYANG Xiaolong,㊀YUAN Hanqing,㊀SUN Chenjun,㊀MA Chao,㊀LI Jing(Information and Communication Branch of State Grid Hebei Electric Power Co.,Ltd.,Shijiazhuang,050000)Abstract :In order to realize on-line icing and galloping monitoring of overhead transmission lines,an on-line monitoring method for overhead transmission lines based on phase-sensitive optical time domain reflectometry (Φ-OTDR)is proposed.In this paper,by establishing mathematical models of transmission line,the calculation formulas of conductor sag,galloping frequency and other parameters are obtained through theoretical analysis.Secondly,by building the overhead line online monitoring model,the overheadline galloping test and the icing test are proposed respectively,and the leakage principle is analyzed.The dynamic acquisition characteristics of overhead transmission lines are analyzed,and the online status monitoring scheme of transmission lines based on Φ-OTDR is verified.The test results show that the estimation error of sag is less than 5.8%on centimeter scale,and the estimation error of ice thickness is no more than 10.84%on sub-millimeter scale,which gives an accurate description of transmission line status andprovides strong support for early warning of transmission line failures.Keywords :distributed optical fiber sensor;online monitoring;overhead transmission line;phase-sensitive OTDR㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-10-14基金项目:科技部科技创新重大项目(2020AAA0107500).作者简介:袁翰青(1973 ),男,硕士,高级工程师;孙辰军(1981 ),男,硕士,高级工程师.通信作者:杨小龙(1989 ),男,硕士,高级工程师,E-mail:277135930@.0㊀引㊀言由于我国东西部资源与消费的严重不均,通过高压远距离传输电能,实现资源在国家内部的优化配置成为了必然选择㊂当前,国内多个区域架空输电线路经常受到覆冰和舞动的威胁[1-3]㊂输电线路的载荷和迎风面积通常由于结冰而增加,可能导致架空线路舞动,进而导致断线㊁倒塔㊁闪络等事故,造成巨大的经济损失[2,4,5]㊂因此有必要采用可靠有效的检测方法,及时㊁准确地获取输电线路的覆冰状态㊂目前,输电线路的在线监测主要通过点传感器或图像监测实现[6-9]㊂大多数点传感器是电传感器,通常都存在非线性㊁零点漂移和强电磁环境耐受差等缺点[10-11]㊂此外,这些传感器的安装,包括电源和数据传输网络布设实施步骤复杂且费用较高㊂光纤传感器(optical fiber sensors,OFSs)是一种以光波为载体㊁光纤为传感介质的传感器,随着光纤通信技术的发展,应用已愈来愈广泛㊂OFSs具有一系列独特的优点,如测量精度高㊁鲁棒性好和绝缘性能高㊂基于OFS的传输线监测始于1997年,其中光纤布拉格光栅(fiber bragg gratings,FBG)可用于测量相邻两个城镇之间输电线路的应变[12]㊂但由于FBG制造和部件成本较高,通常比同类电子产品贵一到两个数量级㊂此外,与电子传感器一样,FBG 属于单点传感器,只能提供较低的传感器分布密度㊂此传感器必须采用额外传输线路连接到输电线路,这会降低传输线的稳定性㊂与光纤光栅不同,分布式光纤传感器(distribu-ted optical fiber sensors,DOFSs)依靠一整套光学系统与光纤一起实现对物理电气参数进行采集和空间解调,可以取代成千上万的点传感器㊂因此,DOFSs 可以用来监测目标的整体行为,而不是从几个测量点进行外推㊂电力传输系统中的通信主要基于光缆,同时光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)得到了广泛的应用㊂通过DOFSs,OPGW网络可以构成在线监测的传感网络㊂目前基于DOFSs的输电线路覆冰在线监测主要通过布里渊光时域反射计(BOTDR)监测输电线路的应变变化来实现[13-16]㊂虽然研究人员已经证明了该方案的可行性,但仍有一些不足之处㊂首先,光纤一般有0.6%~0.7%长度的尾纤,其中填充的润滑脂降低了光纤附着力[7,12],使得架空线的应力很难作用在光纤上㊂因此,只有当外部张力大于阈值时,才能测量架空线的应变㊂此外,BOTDR 的单个采集周期通常为几十分钟,由于舞动,架空线的应变将会不断变化,这可能导致测量结果不准确㊂这些缺点共同带来应力测量的不确定性,进而导致测量结果的置信度较低㊂近年来,具有高灵敏度实时测量能力的相敏光时域反射计(Φ-OTDR)引起了众多研究人员的兴趣[6-10,17-21]㊂Φ-OTDR具有响应速度快㊁机械振动灵敏度高等优点,适于输电线路的在线监测㊂2019年,有研究人员使用Φ-OTDR监测传输线的舞动频率,并将结果与FBG的结果进行比较,但他们并未对这些参数代表的意义以及如何利用它们进行进一步解释或分析[22]㊂本文基于输电线路数学模型,提出了基于Φ-OTDR的在线监测的分析方法;搭建架空线路弧垂㊁覆冰监测平台,通过试验证明Φ-OTDR的测量结果(包括弧垂㊁舞动㊁覆冰)的准确性㊂1㊀在线监测原理分析1.1㊀输电线路的力学特性分析在分析输电线路力学特性时,建立一个包含导线㊁减震器㊁绝缘子串和杆塔的全套计算模型是非常复杂和困难的㊂相对于架空线路而言,塔架可视为刚性固定,因此输电线路模型在分析时可简化为无刚度和无阻尼的导线,导线两端的边界可认为是固定㊂图1㊀无刚度和阻尼的导线Fig.1㊀A wire with no stiffness and no damping如图1所示,L为导线的长度;l为跨度长度;h 为从导线弧垂的最低点到两固定点连接线的垂直距离;T0为导线的初始水平张力㊂那么导线长度㊁跨距和弧垂之间的关系可以表示为[20]L=l+8h23l(1)当覆冰或落冰时,L将相应地改变ΔL,此时弧垂可以表示为hᶄ=3l8ΔL+h20(2)其中:h0为初始弧垂;hᶄ为L变化后的弧垂㊂故只要获得ΔL,就可以计算得到hᶄ㊂导线振动的固有频率是其固有特性之一,可表示为[21]f k=k2l T0m(3)其中:k为振动阶数;f k为k阶震动的频率;m为单位长度导线的质量㊂用裸导线的振动频率除以覆冰001哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀导线的振动频率:f icef 0=m 0m 0+m ice(4)m ice =ρice d (d -2r 0)(5)式中:m 0为导线单位长度的初始质量;m ice 为每单位长度导线的覆冰质量;r 0为导线的初始半径;d 为冰厚度;ρice 为冰的密度(0.92g /cm 3),由于覆冰厚度仅与导线振动频率比的变化有关㊂将式(5)代入式(4),振动频率与冰厚度之间的关系可以表示为d =m 0(f 20-f 2ice )πρice f 2ice+r 20-r 0(6)因此,通过对输电线路振动频率的检测,可以得到覆冰厚度㊂1.2㊀Φ-OTDR 监测原理分析Φ-OTDR 利用窄线宽激光产生高相干光脉冲,在传感光纤上获得相对稳定的瑞利背向散射(Ray-leigh backscatter,RBS)相位分布㊂在没有外界干扰和不考虑激光频率漂移的情况下,传感光纤任意截面上的RBS相位都是稳定的㊂当振动信号作用于传感光纤时,传感光纤的形状将会因振动信号而产生受力形变,光纤的折射率㊁长度和纤芯直径都会发生变化,从而导致RBS 的相位变化㊂因此,可通过测量RBS 相位差的变化来解调该部位光纤的振动信号㊂图2㊀振动引起RBS 相变Fig.2㊀Vibration causes the phase change of RBS如图2所示,r 1和r 2分别为传感光纤扰动区前后的散射中心;S 0是r 1和r 2之间初始光纤的长度㊂当相干光脉冲在传感光纤中传播时,入射光将在每个散射中心激发相干RBS㊂在仅考虑传感光纤轴向应变引起的相变时,r 1和r 2处RBS 的简化表达式可写成[23]:E r 1=E 1cos(ωt +φ1)(7)E r 2=E 2cos ωt +φ1+4πnλ(S 0+ΔS )()(8)其中:E 1和E 2为RBS 的振幅;ω为入射光角频率;φ1为初始相位;n 为光纤芯的折射率;λ为入射光的波长;ΔS 为振动引起的长度变化㊂由此,r 1和r 2之间的相位差为[24]Δφ=4πn λS 0+4πnλΔS =φS 0+Δφυ(9)式中:φS 0为初始光纤长度引入的相位差,它决定了相位差曲线的初始位置,在稳定环境下通常为常数;Δφυ为振动引入的相位差,决定相位差曲线的形状㊂因此,可通过RBS 信号检测和数据处理,解调相位变化以及光纤长度变化㊂由于光纤长度的变化与振动幅度呈线性关系,从而实现振动的精确测量㊂1.3㊀基于Φ-OTDR 的输电线路在线监测假设图2中的导线为OPGW,两个端点分别为r 1和r 2,可通过Φ-OTDR 获得导线的长度变化㊂首先,假设OPGW 的负载在无振动的情况下发生变化,L 也会相应变化,其该变量ΔL 可以表述为[25]ΔL =S ᶄ0-S 0=λ4πn(φᶄS 0-φS 0)(10)式中:S ᶄ0为荷载变化后的光纤长度;φᶄS 0为光纤长度变化后相位差曲线的水平位置㊂需要指出的是,尽管由于环境不稳定,φS 0可能随时间而缓慢变化,冻雨或冰降引起的输电线路负荷变化通常是快速或突然的,所以φS 0对计算影响不大㊂因此,通过观察相位差曲线的水平位置变化,弧垂的计算表达式为h ᶄ=3λl32πn(φᶄS 0-φS 0)+h 20(11)然后假设风导致架空线舞动,导线负载保持不变,L 也会相应变化,ΔL 可以表述为ΔL =ΔS =λ4πn Δφυ(12)平衡状态下最低位置弧垂变化可表示为[25]G =3λl32πnΔφυ+h 20-h 0(13)这里,弧垂的变化反映为振幅变化,也可以相应地获得振动频率㊂由此,可以通过将荷载变化前后的固有频率代入式(6)来计算冰厚度㊂应该注意的是根据式(3),f 与l ㊁T 0和m 相关,因此不同跨度中f 0也不一致㊂于是需要根据不同跨度的实际测量结果校准f ㊂此外,根据式(3)和式(4),当冰厚度相同时,振动阶数越高,f 0和f ice 之间的差异越大㊂由此可知,高阶振动对输电线路的负荷变化更为敏感㊂101第2期杨小龙等:架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测2㊀试验研究2.1㊀试验平台搭建本文搭建了演示试验系统,其硬件设置示意图如图3所示㊂所使用的Φ-OTDR 设备为日本光纳株式社生产,型号为NBX -S300,设备采样率为4kHz,空间分辨率为0.1m,测量距离可达100m㊂设计的铝合金框架用于悬挂钢绞线,考虑后续覆冰及舞动试验施加的激励方式,本文在实验室内开展模拟试验时以钢丝绳替代导线,分析覆冰和舞动的情况㊂导线在固定滑轮上缠绕数米以此作为固定方式,试验布置时设定两个固定滑轮之间的距离即跨度为30m,将0.9mm 的光纤紧密固定在导线上㊂将一根100g 的绳子悬挂在导线的中心(即跨度的中间位置),通过切割绳子释放悬挂在导线上的重量来激发导线振动㊂利用H 1减去H 2获得导线的初始弧垂,其中H 1是固定点的高度,H 2是导线最低点的高度,可随冰厚度的变化而变化㊂本文所使用的导线(即上文提到的钢丝绳)直径和单位长度质量分别为1.5mm 和46.4g /m㊂由于很难实现导线覆冰均匀且各处位置厚度一致,所以本文用橡皮泥来替代实际的冰,也可达到导线荷载增加的效果㊂在开展覆冰试验时,冰的厚度逐渐从0.25mm 增加至为1.25mm,梯度为0.25mm,冰的质量可以根据式(5)进行计算㊂图3㊀覆冰舞动模拟装置原理图Fig.3㊀Schematic diagram of the device forsimulating icing and galloping2.2㊀试验结果分析2.2.1㊀舞动试验图4(a)为振动的功率谱密度(power spectraldensity,PSD),可以看出主振动频率约为1.3Hz,中间振动强度最大,两侧减小㊂有9个区域受到悬挂重物重量下降的影响,选择中间7个区域分析振动变化,其振动情况一致,如图4(b)所示㊂然后,沿导线方向进行积分,可以获得整个振动过程的相位变化,如图4(c)所示㊂分析图4(c),由于悬挂物重量的下降,将使得悬挂中心位置产生46000rad 的振动,且振动强度呈指数衰减并逐渐趋于稳定㊂图4㊀导线舞动试验结果Fig.4㊀Wire galloping test result首先对弧垂进行评估,依次卸下5个悬挂在线路中间的重量为10g 的橡皮块㊂图5(a)为导线悬挂部分随橡皮块卸下的相位变化,初始值为0rad,随着悬挂重物重量的减轻,相位逐渐向y 轴负方向移动,这意味着悬挂导线的长度变短,弧垂也应相应减小㊂图5(b)为用软尺测量的实际弧垂,以及校正201哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀前后的估计弧垂㊂弧垂测量值和估计值的趋势一致,由于两者绝对误差几乎为常数,故实际值和未经校正的估计值之间的相对误差随着弧垂的减小而增大㊂可以看出,实际值和估计值之间的误差单调,且估计值均大于实际值,如图5(c)所示㊂根据式(11)和式(9),如果h ᶄ高于实际值,则S 0-S ᶄ0小于其理论值,误差最有可能是光纤与导线的固定松动而引起的㊂由图5(b)得出,实际值和未经校正的估计值之间的平均差为0.0158m,将该差值和初始弧垂(0.458m )代入式(1),计算出的额外长度为0.0016m㊂经校正后,实际值与估计值之间的相对误差减小了一个数量级以上,均小于5.8%㊂图5㊀弧垂测量结果分析Fig.5㊀Analysis of sag measurement results进一步分析光纤固定松动引起的额外长度变化,在式(2)中引入了误差项ΔL ,有无额外长度的弧垂估计表示如下:h 1=3l8ΔL +h 20(14)h ᶄ1=3l8(ΔL +ΔL ᶄ)+h 20(15)相对误差可以表示为h ᶄ1-h 1h 1=1+ΔLΔL +83lh 2-1(15)220kV 输电网络的跨度通常为100m,假设l =400m,h 0=10m,h 1从10.5m 增加到12.5m,间隔为0.5m,ΔL 的取值范围为0.1ɢ~0.3ɢ,接着计算相对误差,如图5(d)所示㊂可以看出,在引入实际刻度参数后,虽然额外长度的比例增加,但相对误差小于10%,并且随着弧垂的增加而减小㊂显然,由于模拟设备与实际情况之间存在一定差异,引起误差放大㊂对相变曲线上进行高通滤波,截止频率设定为0.5Hz,以获得Δφυ,可根据式(13)计算最低点的位移㊂为了评估计算结果的准确性,在导线的最低点布置了MEMS 加速度计作为对比,其分辨率为6.1ˑ10-5g,传感范围为ʃ16g㊂将加速度器的结果进行两次积分,可以得到最低点的位移信息㊂如图6(a)所示,加速度器和Φ-OTDR 获得的位移信息基本一致,这证明等式(13)给出的转换关系是有效的㊂图6(b)给出了振动的PSD 图,可得导线固有振动频率的值,证明了加速度器和Φ-OTDR 结果的一致性㊂301第2期杨小龙等:架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测因此,在已知初始垂度的情况下,Φ-OTDR 可以检测导线的位移㊂图6㊀振动频谱分析Fig.6㊀Vibration spectrum analysis2.2.2㊀覆冰试验图7为覆冰厚度变化后悬挂部分导线的相位变化,它不仅体现了振动激励的一致性,还描述了导线振动固有频率的变化㊂随着振动的不断变化,由于共振,振动能量逐渐集中在导线的固有频率上㊂图7㊀不同冰厚下的相变Fig.7㊀Phase change under different ice thickness通过比较振动PSD,可以进一步分析振动频率与冰厚之间的关系㊂图8(a)为不同冰厚下的振动PSD,可以看出振动具有多个频率分量㊂根据式(3),一次谐波和二次谐波之间的频率间隔应与二次谐波和三次谐波之间的间隔相同,但观察图8(a)明显与理论不符,将图8(a)局部放大为图8(b)㊁(c)和(d)㊂很明显,随着冰厚度的增加,振动频率向低频漂移,其关系如图8(e)所示㊂高次谐波的频移对冰厚的变化更为敏感,冰厚度与f /f 0之间的关系如图8(f)所示㊂401哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图8㊀覆冰试验结果分析Fig.8㊀Analysis of icing test results㊀㊀根据式(4),f/f0的值仅受导线质量的影响,因此对于不同的f0,比率的变化趋势应该是相同的㊂在图8(f)中,当f0为3.0275Hz和5.0225Hz时,比率变化一致,而当f0为1.34Hz时,斜率显著不同,这表明这组频率不符合等式(3)㊂分析原因,认为这组频率的出现是由铝合金框架的振动引起的㊂一方面,在由导线和铝合金框架组成的振动系统中,铝合金框架在外力作用下可能发生低频弹性变形,振动频率低于由绳索和固定点组成的振动系统㊂另一方面,由于铝合金架质量较大,导线质量变化引起的整体振动频率变化相对较小㊂结果表明,1.34Hz 左右的频率簇出现在低频段,对冰厚的变化不太敏感㊂分析二阶和三阶谐波的变化,根据式(6)可计算预估的覆冰厚度,结果如图9所示㊂估计值与实际值吻合良好,在亚毫米尺度上绝对偏差小于10.84%,这意味着可以线路结冰初始阶段即产生预警信息㊂图9㊀实际与预测的冰厚度Fig.9㊀Actual and estimated ice thickness3㊀结㊀论综上所述,本文建立了输电线路状态的数学模型,通过分析黏附在导线上光纤的相变特性,提出了基于Φ-OTDR的在线监测方案的分析方法,并搭建了演示装置对分析结果进行验证㊂试验结果表明,在厘米尺度上,弧垂的预测误差小于5.8%,在亚毫米尺度上,覆冰厚度的预测误差不大于10.84%㊂因此,本文的研究结果可为输电线路的日常检查和维护提供了有效途径,且具有更低的成本㊁更高的可信度和更早的警告㊂虽然本文已做了较多的工作,然而在工程应用中仍存在一些问题需要解决㊂首先,OPGW中光纤的额外长度将影响弧垂和振动测量,尾纤的存在可能导致弧垂预测偏大和振动位移预测偏小㊂其次,固有频率的选择决定了覆冰厚度预测的准确性㊂对于实际输电线路,振动的激励源通常是强风,除固有频率外,强风还可能引起更多频率分量㊂因此,还需对此方法开展深度研究,从而实现工程应用㊂另外,本文试验研究时考虑的是均匀覆冰,与实际存在一定差别,后续将在覆冰实验室开展试验,验证本文方法工程应用的可行性㊂501第2期杨小龙等:架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测参考文献:[1]㊀李海荣.500kV架空输电线路次档距振荡原因与防范策略的分析[J].电工技术,2018(17):120.LI Hairong.Causes Analysis and Prevention Strategies ofSubspan Oscillation of500kV Overhead TransmissionLines[J].Electric Engineering,2018(17):120. [2]㊀刘亮,郝震,崔赟,等.架空线路无覆冰导线舞动的参数共振机理[J].振动工程学报,2018,31(2):308.LIU Liang,HAO Zhen,CUI Yun,et al.Parametric Res-onance Mechanism of Conductor Galloping Without Icingon Overhead Lines[J].Journal of Vibration Engineering,2018,31(2):308.[3]㊀刘文峰,袁翔,傅建宇.架空线路覆冰在线监测模型的研究现状[J].电子测试,2019(14):44.LIU Wenfeng,YUAN Xiang,FU Jianyu.Research Statusof Iced Calculation Models for Overhead Lines[J].Elec-tronic Test,2019(14):44.[4]㊀李党学,李锐.架空输电线路弧垂检测方法综述[J].电力与能源,2019,40(6):664.LI Dangxue,LI Rui.Overview of Sag Detection Methodsfor Overhead Transmission Lines[J].Power&Energy,2019,40(6):664.[5]㊀李清,杨晓辉,刘振声,等.基于灰色聚类分析的输电线路舞动分级预警方案[J].电测与仪表,2020,57(17):45.LI Qing,YANG Xiaohui,LIU Zhensheng,et al.GradedWarning Scheme of Transmission Line Galloping Based onGrey Clustering Analysis[J].Electrical Measurement&Instrumentation,2020,57(17):45.[6]㊀彭波,赵彬,刘彬,等.一种基于超长弹性细杆模型的大截面导线弧垂计算方法[J].电测与仪表,2018,55(4):70.PENG Bo,ZHAO Bin,LIU Bin,et al.A Method for SagCalculation of Conductor with Large Section Based on Su-per Long Thin Elastic Rod Model[J].Electrical Meas-urement&Instrumentation,2018,55(4):70. [7]㊀林金树,吴润发.基于声表面波技术的配电网架空线温度无源无线监测系统[J].电子测量技术,2020,43(13):167.LIN Jinshu,WU Runfa.Passive-wireless TemperatureMonitoring System Based on SAW Technology for Over-head Transmission in Distribution Network[J].Electron-ic Measurement Technology,2020,43(13):167. [8]㊀刘云鹏,田源,步雅楠,等.光纤检测变压器绕组变形的特征提取与聚类分析[J].电测与仪表,2018,55(21):93.LIU Yunpeng,TIAN Yuan,BU Yanan,et al.Feature Ex-traction and Cluster Analysis of Transformer Winding De-formation by Optical Fiber Detection[J].ElectricalMeasurement&Instrumentation,2018,55(21):93.[9]㊀LUO J,HAO Y,YE Q,et al.Development of OpticalFiber Sensors Based on Brillouin Scattering and FBG forOn-line Monitoring in Overhead Transmission Lines[J].Journal of Lightwave Technology,2013,31(10):1559.[10]CHAOXIANG L,HUAJIAN W,WENBO L,et al.ImageProcessing and Recognition Technology for TransmissionLine Icing[J].Electric Power,2014,47(9):132.[11]ZENG X,LUO X,LU J,et al.A Novel Thickness De-tection Method of Ice Covering on Overhead TransmissionLine[J].Energy Procedia,2012,14:1349. [12]OGAWA Y,IWASAKI J,NAKAMURA K.A Multiple-xing LoadMonitoring System of Power Transmission Linesusing Fiber Bragg Grating[C]//Optical Fiber Sensors.Optical Society of America,1997:OThC16. [13]司召鹏,卜泽华,毛邦宁,等.基于相位解调的相位敏感光时域反射计研究[J].激光与光电子学进展,2022,59(11):109.SI Zhaopeng,BU Zehua,MAO Bangning,et al.Review ofResearch on Phase Sensitive Optical Time Domain Reflec-tometer Based on Phase Demodulation[J].Laser&Opto-electronics Progress,2022,59(11):109. [14]钟翔,赵世松,邓华夏,等.基于脉冲调制的Φ-OTDR研究综述[J].红外与激光工程,2020,49(10):193.ZHONG Xiang,ZHAO Shisong,DENG Huaxia,et al.Re-view of Research onΦ-OTDR System Based on PulseModulation[J].Infrared and Laser Engineering,,2020,49(10):193.[15]王敏学,李黎,周达明,等.分布式光纤传感技术在输电线路在线监测的应用研究综述[J].电网技术,2021,45(9):3591.WANG Minxue,LI Li,ZHOU Daming,et al.Overview ofResearch on Application of Distributed Optical FiberSensing Technology in Online Monitoring of TransmissionLines[J].Power System Technology,2021,45(9):3591.[16]马皓钰,王夏霄,马福,等.Φ-OTDR型分布式光纤声波传感器研究进展[J].激光与光电子学进展,2020,57(13):66.MA Haoyu,WANG Xiaxiao,MA Fu,et al.ResearchProgress ofΦ-OTDR Distributed Optical Fiber AcousticWave Sensor[J].Laser&Optoelectronics Progress,2020,57(13):66.[17]袁敬中,潘国兵,谢景海,等.基于多模空间距离权重融合的高压架空输电线舞动监测模块的设计[J].电力系统保护与控制,2020,48(24):173.YUAN Jingzhong,PAN Guobing,XIE Jinghai,et al.601哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀Design of a Galvanic Monitoring Module for High-voltageOverhead Transmission Lines Based on the Fusion ofMulti-mode Spatial Distance Weights[J].Power SystemProtection and Control,2020,48(24):173. [18]郑高铭,焦新泉,贾兴中.基于基线偏移的加速度积分速度与位移的方法[J].电测与仪表,2021,58(9):142.ZHENG Gaoming,JIAO Xinquan,JIA Xingzhong.Meth-od for Calculating Velocity and Displacement Based onAcceleration of Baseline Offset[J].Electrical Measure-ment&Instrumentation,2021,58(9):142. [19]吴超,王峥,庞振江,等基于φ-OTDR的架空输电线路风振检测系统设计[J].自动化与仪器仪表,2019(9):46.WU Chao,WANG Zheng,PANG Zhenjiang,et al.Designof the Wind-vibration Detection System for Overhead Pow-er Line Based onφ-OTDR[J].Automation&Instrumen-tation,2019(9):46.[20]葛雄,雷雨,侯新文,等.输电线路导线覆冰舞动时力学特性分析[J].江西电力,2019,43(12):33.GE Xiong,LEI Yu,HOU Xinwen,et al.Analysis of Me-chanical Characteristics of Transmission Line Conductorsunder Ice Coating and Galloping[J]Jiangxi Electric Pow-er,2019,43(12):33.[21]谢占山,李忠芳,王少夫.架空线张力与频率关系理论与试验的研究[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2014,30(3):62.XIE Zhanshan,LI Zhongfang,WANG Shaofu.Researchon the Theory and Test of the Relationship Between Over-head Wire Tension and Frequency[J].Natural ScienceJournal of Harbin Normal University,2014,30(3):62.[22]CHAI Q,LUO Y,REN J,et al.Review on Fiber-opticSensing in Health Monitoring of Power Grids[J].OpticalEngineering,2019,58(7):072007.[23]MA G,SHI C,QIN W,et al.A Non-intrusive ElectricalDischarge Localization Method for Gas Insulated LineBased on Phase-sensitive OTDR and Michelson Interfer-ometer[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2019,34(4):1324.[24]董向华.基于φ-OTDR技术的海缆扰动监测系统的研究[J].光纤与电缆及其应用技术,2016(3):32.DONG Xianghua.Research on the Submarine Optical Ca-ble Disturbance Monitoring System Based onφ-OTDRTechnology[J].Optical Fiber&Electric Cable and TheirApplications,2016(3):32.[25]杨斌,皋魏,席刚.Φ-OTDR分布式光纤传感系统的关键技术研究[J].光通信研究,2012(4):19.YANG Bin,GAO Wei,XI Gang.Key Technology ofΦ-OTDR-based Distributed Fiber-optical Sensing Systems[J].Study on Optical Communications,2012(4):19.[26]孙毅,赵泰,侯思祖.基于OTDR的光纤在线监测系统实验研究[J].华北电力大学学报,2004(5):78.SUN Yi,ZHAO Tai,HOU Sizu.Experimental of OpticalFiber Monitoring System Based on OTDR[J].Journal ofNorth China Electric Power University,2004(5):78.(编辑:温泽宇)701第2期杨小龙等:架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测。

输电线路覆冰在线监测系统的研究现状

究输电线路覆冰的在线监测系统，是一件非常必要
而且具有现实意义的工作。通过检测系统及时检测
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Ｌ６Ｊ。
（１）造成杆塔损坏甚至折断。输电线路上的导
导线覆冰是一种随机发生、不能人为控制的自
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
收稿日期：２０１４— ０５—１９；修回日期：２０１４—０９—１８
第３６卷第１０期
２０１４年１０月
华电技术
ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ＿３６Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２Ｏ１４
输电线路覆冰在线监测系统的研究现状
南福军
（中航天建设有限公司，北京摘１０００７０）
根据覆冰横截面，可将输电线路覆冰分为圆形、椭圆形、翼形和新月形等。根据输电线路覆冰的发展过程，可将输电线路覆冰分为湿增长过程和干
增长过程。
１．３输电线路覆冰的危害
不断出现断线、倒塔等电力损害事故，很多地方出现大范围停电现象，不仅影响了人民群众的正常生产、生活，也给我国带来巨大的经济损失Ｊ。因此，研

输电导线覆冰在线监测系统

输电导线覆冰在线监测系统该监测系统在导线覆冰厚度和导线弧垂变化的力学模型的基础上，设计了力传感器的安装结构,研发了基于全球移动通信系统(GSM)短信业务(SMS)的输电线路覆冰在线监测系统。

系统运行结果表明：现场分机可定时或实时监测覆冰导线的重力变化、绝缘子串倾斜角、风偏角、导线舞动频率以及风速等环境信息，并通过GSMSMS发送至监测中心,由专家软件来分析覆冰状况，及时给出除冰信息,保障覆冰区线路的运行安全。

1系统构成整个系统主要由省公司监测中心主机、地市局监测中心主机、线路监测分机、专家软件组成,系统组网拓扑图如图1所示。

在线路杆塔安装1台监测分机,监测分机定时/实时完成环境温度、湿度、风速、风向、雨量以及该杆塔绝缘子的倾斜角、风偏角、覆冰导线的重力变化、导线舞动频率等信息的采集,将其打包为GSMSMS,通过GSM通信模块发送至监测中心,由监测中心软件判断该线路导线的覆冰情况。

监测中心可对分机进行远程参数设置(如采样时间间隔、分机系统时间、实时数据请求等)。

各地市局的监测中心与省公司监测中心采用局域网(LAN)方式组网,省公司监测中心可以直接调用各地市局监测中心的各杆塔绝缘子串的倾斜角、风偏角、覆冰导线重力变化、导线舞动频率以及环境参数等数据,借助专家软件了解该省相应线路的覆冰状况。

专家软件利用各种修正理论模型、试验结果和现场运行结果来判断输电线路的覆冰状况,及时给出预报警信息,有效防止冰害事故的发生。

2导线覆冰模型计算与分析设主杆塔等效档距示意图见图2，并定义主杆塔绝缘子串上的竖直方向上张力值TV与两侧导线某点到主杆塔A点间导线上的竖直方向载荷相互平衡的点称为平衡点。

2.1 求解水平张力由悬挂点不等高导线长度的近似计算公式：导线最低点水平拉力TH:代入档距l,高度差h,自重载荷q0,导线原始长度S,即可解出TH。

2．2求解主杆塔上竖向张力TA所对应平衡的覆冰导线长度由悬点不等高时等效档距公式：式中:h为主杆塔与副杆塔间的高度差,若主杆塔较高,则h为正值,否则为负。

输电线路覆冰在线监测系统设计的几点探讨

输电线路覆冰在线监测系统设计的几点探讨新时期，为提升输电线路系统运行的安全性与高效性，应重視对输电线路覆冰在线监测系统的设计，能及时在覆冰条件下对输电线路运行情况进行全方位的监测，可时刻获取荷载数据，便于维护与管理者及时做好应对处理，可见，前期的系统设计工作极其重要。

对此，本文就输电线路覆冰在线监测系统设计展开分析与研究。

标签：输电线路；覆冰；监测系统在社会发展体系中，电力系统占据着重要的地位，旨在为人们的日常生活、商务运作与工业生产等提供基本的电力服务，是社会发展进程中的基础性设施。

若想为人们提供高质量的电力服务，保证在覆冰期间线路运行的高效性，应打造输电线路覆冰在线监测系统，重视对系统的科学性设计，制定更为专业的设计的方案，以保证系统具备专业监控功能、数据存储功能、数据处理功能等，能实现对覆冰阶段输电线路系统运行情况进行全面监测。

1 系统整体设计方案设计输电线路覆冰子线监测系统之前，设计者必须要了解系统属性、用途、性能、工作条件与具体的适用范围等，进而才可得到科学而合理的设计方案[1]。

对于监测系统而言，主要分为监测分机、监测中心和无线通信网络等几个部门。

监测分机主要是采集气象参数、绝缘子串拉力与串倾角、现场图像等信息，在无线网络这一重要载体下来将以上数据传输到监测中心。

等到将数据传输到监测中心之后，应将监测分机所上传的信息开展分析、整理、存储与打印，还要结合实况来开展预警与预测。

此外，监测中心在通信时，需要依照监测分机与协议来操作，还要对监测分机参数进行配置[2]。

在权限范围内，客户端可访问监测中心，从而系统、全面的把握输电线路的基本覆冰信息。

2 输电线路覆冰在线监测系统的设计策略2.1 监测分机设计通过对监测系统的分析，意识到监测分机主要是具备采集、打包与发送数据信息的基本功能。

受到气候条件的影响，由于气压、温度、风速、风向与雨量等因素的共同作用，很可能会发生覆冰现象。

若输电线路存在覆冰问题，极易改变绝缘子的倾角与串拉力。

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1. 引言1.1 研究背景架空输电线路在冬季往往会出现覆冰现象，造成导线严重变形、断线等故障，导致供电中断，给生产和生活带来不便和损失。

目前，针对输电线路覆冰问题的研究和防护措施仍然存在一定的局限性，需要进一步深入探讨和改进。

本研究旨在设计一种微探架空输电线路覆冰在线监测装置，并结合相应的防护措施，以提高输电线路的安全性和可靠性，减少因覆冰导致的停电事故发生。

通过该研究，能够为我国输电线路设备的改进提供参考，为电力系统的运行稳定性和可靠性提供有力支持。

1.2 研究目的研究目的是为了解决架空输电线路在冰雪天气条件下易发生覆冰现象，导致输电线路负荷能力下降、设备受损甚至发生故障的问题。

通过开展微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施研究，旨在提高输电线路的安全可靠性，减少因冰雪天气引发的线路故障，确保电网正常运行。

具体目的包括设计一种可实现对输电线路覆冰情况进行实时监测的装置，提供有效的防护措施，为电力系统运行人员提供准确的决策依据，最大限度地减少因冰雪天气造成的停电事故，保障电网安全稳定运行。

通过本项研究的开展，将为输电线路覆冰问题的解决提供技术支持和理论指导，促进电力系统的现代化和智能化发展。

1.3 研究意义架空输电线路覆冰是造成输电线路短路、断路等故障的主要原因之一。

在冬季寒冷和多雪的地区，覆冰会导致线路的绝缘性能下降，增加了线路运行的风险。

研究微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施具有重要意义。

通过实时监测覆冰情况，可以及时发现线路上的覆冰情况，有利于预防线路覆冰导致的故障发生。

设计并实施在线监测装置可以提高输电线路的运行稳定性和可靠性，减少线路故障率。

研究防护措施并加以实施，可以有效减轻覆冰对输电线路的影响，延长线路的使用寿命，降低运维成本。

通过本研究的实施，不仅可以提高输电线路的安全性和可靠性，保障电网的正常运行，还能够节约维护成本，提高电网运行的经济效益，具有重要的社会和经济意义。

浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统

浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统摘要：架空输电线路覆冰导致的灾害一直侵蚀着我国电力网络系统。

而随着特高压远距离输电线路的不断建设与发展以及国家发展战略—“西电东送”的落实与完善，架空输电线路分布的区域越来越广泛，其输电走廊穿越的许多区域往往具有地形复杂，环境恶劣的特点，在严冬及初春季节易遭受冰雪灾害的影响—输电导线覆冰，这将增大线路的机械载荷，并引发导线舞动、断线倒塔以及绝缘子冰闪等现象，进而发展成大范围跳闸停电事故，使国家和人民遭受巨大经济损失。

因此，输电线路的覆冰状态在线监测的研究工作是我国电网实现跨越性建设和发展急需解决的课题，具有至关重要的意义和研究价值。

关键词：架空输电线路；导线覆冰；在线监测系统1架空输电线路导线覆冰的形成通常情况下导线表面产生覆冰的基本物理过程可以描述为:在冬季或早春时节，当温度降低到-5－0，风速处于3-15m/s时，若有雾或者毛毛细雨出现，将在导线表面上凝结形成雨淞，如果温度突然上升，雨淞就将会初步融化，若遇到天气持续转晴，初步形成的覆冰就将进一步融化并消失；如果遭遇天气陡然性地变冷，空气温度降低，雨雪纷飞，飘雪和冻雨就会粘在刚刚形成地雨淞表面上快速增长，形成较厚冰层，若气温继续下降到-15－-18，原来的冰层上将有雾淞出现并累积。

这个过程将导致在电线表面形成雨淞一雾淞的不断累积。

在这个过程中，如果天气反复发生变化，冰融化将加剧冰的密度。

这种反复变化的天气条件将导致雨淞和雾淞地交替重叠产生并累积，最终形成混合淞。

导线表面积覆的冰一般情况下不是均匀的，形状并不是理想的圆形，其形状主要有椭圆形、D形以及松针状等。

覆冰起初是在输电导线的迎风面上出现生长，如果风向不发生很大改变，导线迎风面上的覆冰将会进一步得到增加，愈来越厚;当此面上的冰层厚度累积到达了一定值，它的质量满足导线发生扭转的条件，这时导线上的主要覆冰面将发生变化，覆冰在此面上形成并增加，这样就会最终在输电线表面上形成近似圆形或椭圆形的覆冰，一般来说直径较小的导线其表面上的覆冰近似呈圆形状，而对于直径值较大的导线，其表面覆冰形状大多呈椭圆形;如果导线不发生扭转现象，则表面上的覆冰近似呈D形状。

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
随着电力系统的不断发展，架空输电线路在电力传输中起着重要的作用。

在严寒的冬季环境中，架空线路上会出现覆冰现象，这对线路的安全稳定运行造成了一定的威胁。

研发一种能够实时监测线路覆冰情况的装置，并采取相应的防护措施，对于确保输电线路的安全运行具有重要意义。

微探架空输电线路覆冰在线监测装置是一种基于物联网技术的智能监测装置，能够实时监测线路上的覆冰情况，并将数据传回监测中心进行分析。

该装置由多个传感器、数据传输模块和监测中心组成。

传感器安装在线路上不同位置，通过感应覆冰的温度、重量和湿度等参数，将感知到的数据传输到监测中心。

监测中心会实时分析数据，并根据监测结果采取相应的防护措施。

在线路上安装微探架空输电线路覆冰在线监测装置可以有效提高电网的安全性和可靠性。

通过实时监测覆冰情况，可以预测冰负荷，并及时采取措施进行冰减灾工作，保证线路的正常运行。

监测装置也能够提供数据支持，为线路的设计和运行管理提供依据。

除了在线监测装置，还需要采取一系列防护措施来保护输电线路的安全运行。

对于易受覆冰影响的线路，应增加导线的过冰风速，以减轻覆冰负荷。

可以在导线上加装冰刀，以减小覆冰厚度和负荷。

还可以采用导线预加张技术，有效提高线路的耐冰能力。

定期对线路进行巡检和维护，确保线路的正常运行。

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近年来，随着电力行业的快速发展，架空输电线路作为电力传输的重要方式，广泛应用于各个领域。

在严寒的冬季，输电线路受到覆冰的影响，可能会导致线路断裂，给电网运行安全带来严重隐患。

为了及时监测输电线路的覆冰情况，以及采取有效的防护措施，保障输电线路的安全运行，微探架空输电线路覆冰在线监测装置及防护措施成为了迫切需要研究和推广的领域。

1.1 监测原理微探架空输电线路覆冰在线监测装置是一种高科技设备，采用先进的传感技术和无线通信技术，能够实时监测输电线路的覆冰情况。

其监测原理是通过在输电线路上安装传感器，利用传感器对线路的温度、湿度、风速等参数进行实时监测，再通过数据传输至监测中心进行分析处理，并实时反馈监测结果。

1.2 主要功能微探架空输电线路覆冰在线监测装置主要具备以下功能：（1）实时监测输电线路的覆冰情况，定期生成覆冰监测报告，为输电线路的安全运行提供数据支撑。

（2）监测装置具有自动报警功能，当监测到线路覆冰严重影响运行安全时，能够及时报警，提醒运维人员进行处理。

（3）监测装置能够远程监控，运维人员可以通过终端设备对监测数据进行实时查看，了解线路覆冰情况。

1.3 优势特点（1）高精度，通过先进的传感技术，能够对输电线路的覆冰情况进行精准监测。

（2）实时性强，能够实时监测输电线路的覆冰情况，及时发现问题并采取措施。

（3）智能化，具有自动化报警功能，能够智能判断覆冰情况，并作出相应的报警提示。

二、防护措施2.1 配电线路的绝缘防冻为了防止输电线路在严寒冬天出现覆冰情况，需要对线路进行绝缘防冻处理。

可以采用保温绝缘管、加热导线等措施，有效保护输电线路免受覆冰影响。

2.2 风力发电机在一些寒冷地区，可以考虑利用风力发电机对输电线路进行除冰处理。

通过设置风力发电机，利用大风能够带走线路覆冰，减轻覆冰对线路的影响。

2.3 适时清除覆冰在发现输电线路有覆冰情况时，要及时采取措施清除覆冰。

浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统

浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统发表时间：2019-11-27T11:13:20.397Z 来源：《基层建设》2019年第24期作者：张树林[导读] 摘要：电力系统的安全、稳定依赖完善的检测技术，智能电网的建设也要依靠完善检测技术的有效支撑。

国网山西省电力公司忻州供电公司山西忻州 034000 摘要：电力系统的安全、稳定依赖完善的检测技术，智能电网的建设也要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。

关键词：浅析架空输电线路；导线覆冰；在线监测系统引言输电线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、倒塔、导线舞动、绝缘子闪络和通讯中断等事故。

俄罗斯、加拿大、美国、日本等国家和我国都曾因输电线路覆冰引发电网安全事故,带来了巨大的经济损失,冰雪灾害成已为许多国家的电网面临的共同问题。

我国是输电线路覆冰较严重的国家之一,线路冰害事故发生的概率居世界前列,尤其是2008年初发生在我国南方的冰雪灾害给电网带来了巨大的损失。

针对我国的覆冰灾害情况,为了减少输电线路覆冰事故的发生,有效保障电力系统安全运行,在加强探索输电线路覆冰机理、有效的防冰除冰方法的同时,还应加强研究大电网覆冰在线监测、预警和诊断方法的研究。

目前,检测线路覆冰的方法主要有人工巡视检测、观冰站、模拟覆冰导线等,这些方法存在着劳动强度大、投资高,检测结果和实际出入大等问题。

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。

输电线路导线覆冰在线监测装置

输电线路导线覆冰在线监测装置
FH-9007高压输电线路覆冰在线监测系统采用线路图像实时监视及检测导线拉力综合方法来监测架空线路覆冰，可以对线路覆冰形成的气象条件、覆冰形成过程和覆冰的严重程度进行全过程的实时监测。

本系统采用我公司专门针对线路覆冰监测开发的倾角/拉力一体化传感器，能同步采集拉力和倾角数据，减少了设备和线缆数量，方便安装维护，提高了测量精度。

该系统采用太阳能电池板+蓄电池供电，安装方便。

投入运行后，可全天候工作，达到实时监控的效果。

运营部门能及时掌握导线覆冰状况状态及发展趋势，据此科学安排除冰检修，有效预防导线“鞭击”、崩断，杆塔压垮等事故，减少经济损失，提高线路安全运行及信息化管理水平。