[1]输电线路覆冰在线监测及预警技术的国内外研究现状_曹永兴

等参数。
差 [ 2] 。
优点: 充 分 利用 了光 纤 传 感器无源、抗强电磁 干扰、
1 国内外现有输电线路覆冰在线监测技术
早期的输电线 路覆冰监测主 要依靠人 工巡 线, 受地形环境、人员素质、天气状况等因素的影 响比较大, 且效率低、复巡周期长。随着我国 500 kV 输电线路建设, 尤其是 2008年雪灾之后, 覆冰 在线监测技术受到普遍重视, 一些覆冰在线监测 装置上线运行。但总的来说, 目前国内借鉴国外的 技术比较多, 成熟的比较少。表 1对国内外现有的 输电线路覆冰监测技术及其优缺点进行了归纳。
61 173 1;
摘 要: 分析了新时期覆冰监测技术研 究的必 要性, 介绍了 国内外 现有覆冰 监测技 术的原 理、分 类及 其优缺 点, 并对输电线路覆冰过程的数学模型及其适用性进行了归纳。总结了覆冰在线监测 领域出现的新技术和研 究热点, 指出基于实测数据的覆冰过程建模方法和光纤传感技术是这一领域 值得关注的研究方向。 关键词: 架空输电线路; 覆冰; 在线监测; 预 警 作者简介: 曹永兴 ( 1963-), 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为高电压技术、输电线路运行技术。 中图分类号: RM 726 文献标志码: A 文章编号: 1001-9529( 2011) 01-0096-04 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金项目 ( ZYGX 2009J069); 四川省电力公司科技项目 ( ( 2010) 29号 )
第 39卷 第 1期 2011年 1月
V o.l 39 N o. 1 Jan. 2011
输电线路覆冰在线监测及预警技术的 国内外研究现状
曹永兴 1, 3, 张昌华2, 3, 黄 琦 2, 3, 李 辉 2, 3, 薛志航 2, 3
( 1. 四川省电力试验研究院, 成都 610072; 2. 电子科技大学 自动化 工程学院, 成都 3. 电力 系统广域测量与控制四川省重点实验室, 成都 611731)
Research Statu s of On-line Ice Coating M on itor ing& Forewarn ing Technology of O verhead Transm ission L ines in Ch ina and A broad
CAO Yong-x ing1, 3, ZH AN G Chang-hua2, 3, H UAN G Q i2, 3, LI H ui2, 3, X UE Zh i-hang2, 3 ( 1. S ichuan E lectric Pow er R esearch Institute, Chengdu 610072, China;
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方程。
构, 有可 能 带来 结构 上
垂等 参 数, 结 合 输 电线 路状 态 方 程、线 路 参数
和气 象 环 境 参 数, 应用 专家系统分 析导 线的覆 冰重量和覆 冰平 均厚度
优点: 原理简单。 缺点: 实 施比 较 困难。 输 电线路的弧垂和倾角受 到 多种因 素的 影 响, 特 别 是 500 kV 及 以 上 等 级 输 电 线路, 导线的刚度较大, 视 作柔索将导致较大的误
优点: 传感器结构简单, 并
通过拉力传 感器 测量耐 能直接反映整个耐张段 内
张段绝缘子 串轴 向张力 导线的安全状况。
和悬 挂 点 倾 角 数据, 得 缺点: 只 能 测量 稳态 时 的 出覆冰质 量。 在算 法上 覆冰情 况, 安装 时需 要 改
主要依据输 电线 路状态 变 耐 张 段 绝 缘 子 串 的 结
风阻系数和 绝缘 子串的 缺点: 基 于 电阻 应变 片 的
倾斜 分 量, 最 终 得 出覆 拉力传感器方法存在装 置 冰质量。在算 法上 主要 长期工作稳定性和可靠 性
依据 输 电 线 路 状 态 方 的 问 题 [ 2] 。基 于 光 纤 传
程。
感技术的拉力传感器尚 处
于研究阶段。
水平张力 倾角法 [7]
像的边缘特 征来 确定覆 蔽 [ 2] 。 冰类型及厚度。
称重法 [6]
优点: 传感器结构简单, 施
通过拉力传 感器 测量垂 工容易, 适 宜动 态和 静 态 直档 内 导 线 的 质量, 并 测量。在国外得到广泛 应 根据风速、风向、绝缘子 用, 国内山西、湖北、四川、
串倾 角 等 数 据, 计 算出 广东等地也有应用 [ 6] 。
2. C llege of A utom atic Eng ineer ing, U niversity of E lectronic Science and T echno logy o f China, Chengdu 611731, Ch ina; 3. the S ichuan P rov incial K ey L aboratory o f Pow er System W ide-area M easurem ent& Contro ,l Chengdu 611731, China)
Abstrac t: T h is part ana lyzes the necessity o f study ing ice coating m onito ring techno logy in the new era, and introduces the current ice coa ting m on itor ing techno logy at hom e and abroad, including fundam entals, c lassifica tion, and the ir respec tive advantag es and disadvantag es. T hen the m athem aticalm odel of transm iss ion lines ice coating process and its application a re genera lized. F ina lly the paper presents som e new techno log ies and research ho tspo ts in th is fie ld and po ints out that the research d irection wo rthwh ile to follow is the modeling me thod abou t ice coa ting process based on tested data and optica l sensor techno logy. K ey word s: overhead transm ission lines; ice coa ting; on- line m on itor ing; fo rew arn ing Foundation item s: Fundam enta l R esearch Funds for the Central U niversity( ZYGX2009J069)
输电线路覆冰有可能导致输电线路过荷载、 绝缘子串覆冰闪络、导线舞动以及发生不均匀覆 冰或不同期脱冰事故, 从而造成巨大的经济损失
和严重的社 会影响 [ 1 ] 。我国是世 界上输电 线路 事故较多的国家, 2008年初我国南方大范围冰雪 灾害中, 全国直接经济损失超过了 1 000亿元 [ 2] 。
2 现有输电线路覆冰预警过程的数学模型
输电线路覆冰预警技术是指根据当前输电线 路覆冰数据和气象预报信息, 采用专家系统、神经
网络等预测未来一段时期覆冰演变的趋势, 并对 可能发生的覆冰危险程度进行在线分析和预警处 理的技术。目前, 在这一领域, 限于输电线路在线 监测手段的不成熟, 国内外对于线路覆冰故障对电 网安全的评估研究甚少, 只是在覆冰过程数学建模 上取得了一些理论成果, 这可以成为覆冰演变趋势 预测的基础 [ 11] 。目前在输电线路覆冰研究领域常 用的数学模型可以分为 3个大类 (见表 2) 。
现有监测技术。可归纳为以下 3点: ( 1) 基于视频图像法的技术能够对输电导线 覆冰情况作出定性的判断, 其他技术能够提供定 量分析的监测数据; ( 2) 除了视频图像法外, 其他技术的理论基 础是输电线路状态方程。输电线路状态方程是一 个代数方程, 但实测信号是一个动态信号, 因此需 要借助数学处理, 才能实现基于状态方程的覆冰 监测。这种数学处理本身, 有可能引入不可忽略 的测量误差。 ( 3) 在信息获取与传输方面, 现有技术可以 分为基于电信号和基于光信号的监测系统。由于 覆冰监测系统恶劣的使用环境, 基于电信号的技 术面临 3个问题: 监测装置供电问题、通信方式和 强电磁环境下系统工作可靠性问题。基于光纤传 感器的监测技术较好地解决了监测装置的供电和 通信问题, 表现出良好的应用潜力。