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。就目前的技术手段而言，覆冰导线的监测产品可分为以下几类：导线应力测量法、倾角- 弧垂法、水平张力-倾角法、测重法、视频图像法等。有的学者从数据传输、传感器等方面入手，研究了输电线路导线覆冰监测系统，形成了一些覆冰导线在线监测技术的新成果。

2.1.1 视频监测技术

将视频拍摄装置安装在杆塔上，对导线进行拍摄，一旦发现有覆冰现象，就可以利用数据传输将这些数据信息传送到管理后台，再利用一些数学工具进行计算，最终判断导线的覆冰状况。文献[3]提出了一种基于图像处理的输电线路覆冰监测方法，并详细介绍了其实现方式，该系统通过摄像机采集覆冰图像，进而对图像进行边界检测处理，测量出覆冰厚度，覆冰图像及覆冰厚度通过分组无线电业务（GPRS）无线传输方式发送到监控中心，由监控人员做出相应的处理。文献[4]讨论了基于小波的图像边缘检测方法在线监测输电线路覆冰厚度的原理，提出了一种新的输电线路导线与绝缘子覆冰厚度的在线监测方法，即通过对安装在高压铁塔上的摄像机和图像采集卡获得的导线与绝缘子覆冰图像进行实时处理，提取其边界轮廓来测量导线与绝缘子上的覆冰厚度。通过视频监测手段，可以直观地监测到输电线路导线的覆冰情况，操作简便，若覆冰造成摄像头遮挡，会出现无法观测的情况。

2.1.2 测重法

将拉力传感器安装在原来球头挂环的位置，通过测量导线的质量，再结合风的速度和方向以及绝缘子串产生的倾斜角度等各相关因素的参数值，计算出输电导线的覆冰质量，再利用冰的密度（0.9g /cm3 ）换算出相应输电导线上覆冰厚度的数据。就目前的研究成果而言，测重法在所有的计算模型中是最为准确、可靠的一种算法。

导线覆冰厚度和导线弧垂变化的力学模型，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）的输电线路导线覆冰情况的在线实时监测系统，已经证实可以通过安装的分机对风的速度和方向、绝缘子倾斜角度等计算参数进行实时测量，并快速发送至管理监测中心进行处理。

测重法具有非常实用的优点，拉力传感器结构简单，方便施工安装，不仅适用于静态测量，也能够进行动态测量。测重法的不足之处是，现有的拉力传感器是基于电阻应变片研制而成的，随着工作时间的延长，会有稳定性和可靠性方面的问题。所以，目前正在研制利用光纤传感的拉力传感器。

2.1.3 水平张力-倾角法

水平张力- 倾角法是根据输电线路的状态方程，利用传感器传送过来的绝缘子串轴向张力、悬挂点倾角等数据计算输电线路导线覆冰质量的方法。、

2.1.4 倾角-弧垂法

倾角- 弧垂法同样是利用了输电线路的状态方程，并结合一些气象参数信息，利用传感器传送过来的导线倾角、弧垂等数据信息，计算出的输电线路导线覆冰状况。

2.1.5 导线应力测量法

导线应力测量法也是根据输电线路的状态方程，研究输电导线上多点应力，通过一定手段计算出输电导向的覆冰质量。

2.2 输电线路导线覆冰监测系统的构成与应用

输电线路导线覆冰监测系统一般由3部分构成：监测分机，包含了许多传感器，用于监测输电线路上所需要的各个参数值；无线通信网络，是一个传输系统，将监测分机采集的数据传送到监测中心；监测中心，数据处理系统，将传送过来的数据信息进行分析，及时采取应变措施。

在输电线路覆冰问题方面的研究，国外要比我国开始的早很多，但我国近几年加大了研究应用力度，发展也很快，取得了很大的进步，有很多公司已经安装并使用了输电线路覆冰的监测系统。例如，华中电网公司研制的输电线路覆冰监测系统，能够在线传送气象数据、覆冰发展预测、导线偏斜等各个方面的数据信息，并可以对超过设定值进行报警提示。

3 输电线路导线覆冰在线监测系统的不足

目前的输电线路导线覆冰在线监测系统，虽然能够在一定程度上对覆冰状况进行预警，但由于测量的精准度、稳定性都不是很好，预测偏差较大，传输系统技术水平不高等实际情况需要解决。结合以上分析研究，输电线路导线覆冰在线监测系统需要在以下几个方面进行改进。

（1）在计算输电线路导线覆冰的厚度时，利用更为精准的数学模型，利用建模分析的方法研究导线覆冰产生舞动的情形。

（2）研制在小电流情形下就能够启动的，大电流情形下也能正常运转工作的在线取能装置。

（3）研究能够不受冰、雾、雪干扰的摄像装置，这样，在重度冰雪灾害下，也能够对输电线路导线的覆冰状况进行监测摄像。

（4）利用先进的技术提升输电线路导线覆冰监测系统的性能，进而提升其可靠性和能够在恶劣条件下完成工作的能力。

（5）利用先进的传输网络系统，完成快速传输图像数据，并提高图像数据