输电线路覆冰检测技术(修改版)

输电线路覆冰在线检测

覆冰引起的输电线路导线舞动、杆塔倾斜倒塌、断线及绝缘子闪络等生产事故，严重影响了电网的正常运行。目前，检测线路覆冰的方法主要有人工巡视检测、观冰站等，这些方法存在着人工巡视劳动强度大、时间长，检测结果准确度不高等问题。因此探讨更为完善的检测技术对输电线路的运行及提高整个电力系统的安全可靠性具有重要的实际意义和指导作用。

1 相关标准

（1）Q/GDW 554-2010 《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》

（2）Q/GDW182-2008《中重冰区架空输电线路设计技术》

（3）DL/T 5440-2009 《重冰区架空输电线路设计技术规程》

2 覆冰在线检测技术

导线上的覆冰一般可分为4类：雨淞、混合淞、雾淞和积雪，其中雨淞和混合淞对导线的危害最为严重。输电线路设计时，以雨凇为基准折算拟定覆冰允许厚度。线路覆冰检测最基本的是对覆冰厚度的检测，然后和设计值比较。除了检测实际运行输电线路的覆冰厚度外，也常通过模拟导线法进行检测。

输电线路覆冰在线监测技术是通过在易覆冰区域的铁塔上安装覆冰自动检测站，运用在线检测的传感器、装置电源、通讯网络等关键技术，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。在线检测系统既减轻了个人劳动强度、降低事故的发生概率，又能及时地了解线路的覆冰情况，故而得到广泛推广运用。

3 输电线路覆冰在线检测方法

在线检测技术的机理是利用传感器（安装

位置如图1示）获得导线的重力变化、杆塔绝

缘子的倾斜角、导线舞动频率以及线路现场的

温度、湿度、风速、风向、雨量等数据信息通

过无线通讯网络传往监控中心，然后再通过建

立数学模型近似计算出当前的导线等效覆冰

厚度，最后经专家分析软件得到结论。

应用于覆冰的在线检测法有很多，从覆冰

检测原理及分析方法来说，可分为称重法、导

图1 拉力传感器现场安装示意图

线倾角-弧垂法、图像法。

3.1 称重法

称重法包括冰样称重检测法和荷重增量法，目前荷重增量法的应用较广泛。其工作原理是线路覆冰后，导线上的荷重产生一个增量，这个增量即为覆冰的质量。

先称取一段导线上的覆冰质量（将拉力传感器测量在一个垂直档距内导线的质量）, 折算出单位长度导线上的覆冰质量G（利用风速、风向和倾角传感器计算出风阻系数和绝缘子的倾斜分量,最终得出覆冰质量）,再用设计时所用计算公式(1)算出导线的平均等值覆冰厚度：

()

d d G b -+=27.14145.0 （1）

式中：b ——折算后的设计冰质密度为0.9g/cm 的覆冰厚度，mm;；

G ——导线覆冰后单位长度导线的荷重增量(kg/m)； d ——导线的直径,mm 。 3.2 倾角-弧垂法

输电线路覆冰引起线路的荷载变化，最为明显的是导线倾角和弧垂的变化。因此可以在导线上安装倾角传感器，监测导线倾角、弧垂的变化，通过输电线路状态方程计算出导线的覆冰重量和厚度等参数。该方法不能反映导线覆冰后的不均匀分布情况，且导线弧垂变化影响因素复杂，稍有误差，覆冰质量相差很大。

3.3 图像法

基于图像处理的检测方法，在杆塔等设备上安装视频装置采集导线上的覆冰的视频图像，通过图像处理技术,获取覆冰导线的特征尺寸，比较覆冰前后导线的边界点坐标得出输电线路覆冰的厚度。其关键所在是图像的边缘检测技术。

（1）系统的标定计算 系统的标定计算原理见图2示。)(x p 表示导线的直径所对应的像素点数；)(1x p 和)(2x p 分别表示导线的上下边缘结冰层所对应的像素点数；pixels 为像素的复数形式。

设导线直径D(mm)已知，则导线的上下边缘的平均覆冰厚度h 1(mm)和h 2(mm)分别为：

()

()

∑∑===2

12

11

1x x x x x x x p x p D

h （2）

()

()

∑∑===2

1

2

12

2x x x x x x x p x p D

h （3）

由式(1)(2)可得整个导线的平均覆冰厚度h(mm)为

2

2

1h h h +=

（4） 图2 图像法覆冰厚度计算原理图

对绝缘子覆冰厚度的标定计算类似于h 1(mm)的计算需要重点考虑的是绝缘子对应图像中的横坐标范围与导线对应的横坐标范围可能不同，设绝缘子对应的横坐标范围是X 3～X 4 ，并且绝缘子表面结冰层对应的像素点数是P ３(X)则绝缘子表面平均覆冰厚度h ３(mm)为

()()

∑∑==--=2

1

4

3

343123x x x x x x x p x x x p x x D

h

（5）

3.4 覆冰在线检测方法优缺点

以上3种方法都可将传感器安装在塔杆等设备上，对线路覆冰进行在线自动检测。其各自优缺点见表1示。

表 1 输电线路覆冰在线监测方法优缺点

4 图像法的实测分析

直接对由高压杆塔上摄像机采集到的导线及绝缘子覆冰图像进行实时处理，提取其边

界轮廓，通过导线及绝缘子覆冰前后的边界比较得出其覆冰厚度用以判断其覆冰严重程度。

具体实施如下：

（1）以现场某线路某相导线A （如图3示）和绝缘子B （如图4示）作为覆冰测试对象。

（2）在尽量减少背景噪音的干扰下对导线A （如图5、6示）和绝缘子B 覆冰后（如图7、8示）的成像进行3次边缘提取。

（3）通过系统用公式（2）（3）（4）（5）直接计算得到导线A 和绝缘子B 覆冰后的平均厚度。计算数据与实测数据如表2示。

表2 绝缘子覆冰计算数据与实测数据

覆冰厚度（mm ）

导线A 绝缘子左半部分

绝缘子右半部分

计算值 4.6 7.3 5.2 实测值

4.7

6.8

6.0

(4)误差处理。表1中显示导线A 计算值与实际测量仅相差0.1 mm ；绝缘子左右半部分的计算值与测量值分别相差 0.5 mm 和 0.8 mm ， 由于所用图像的像元大小是 0.67×0.67 mm ，0.5 mm 和 0.8 mm 的误差仅相当于一个像元左右的误差，精度也是比较高的。若误差较大则不可用公式（2）（3）（4）（5）直接计算，而是需分别求出绝缘子覆冰前后边界点所对应的像素数，计算其平均覆冰厚度。

（5）结果输出。主要根据计算结果在图片上作出标识。同时程序可将所得数据计入Excel 文件并将覆冰图片存入指定文件夹中，以便校对覆冰情况。

5 结论

(1)完善的输电线路覆冰检测系统，可有效防灾和减灾，是智能电网建设的重要内容；

图5 导线A 覆冰后图像

图6 导线A 覆冰前后综合边界轮廓图像

曲线为覆冰

后的边界轮廓

直线为覆

冰前的边界轮廓

图7 绝缘子B 覆冰后图像

图8 绝缘子B 覆冰前后综合边界轮廓图像

图3 导线A 覆冰前图像

图4 绝缘子B 覆冰前图像