分布式覆冰在线监测系统技术规范2015
基于ZigBee技术的输电线路覆冰在线监测系统设计
基于ZigBee技术的输电线路覆冰在线监测系统设计刘捷;戴睿;马枚;杨俊杰【摘要】为准确监测输电线路覆冰状态,降低系统功耗,克服仅靠等值覆冰厚度判断覆冰状态的不足,提出了一种基于ZigBee技术的输电线路覆冰在线监测系统设计方法.经试验测试:系统功能完整,性能稳定可靠,能够可视化显示覆冰的变化趋势,且对覆冰状态的评估结果准确.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】5页(P568-572)【关键词】ZigBee技术;输电线路;覆冰;在线监测;模糊专家系统【作者】刘捷;戴睿;马枚;杨俊杰【作者单位】国网四川省电力公司信息通信公司,四川成都610054;国网四川省电力公司信息通信公司,四川成都610054;国网四川省电力公司信息通信公司,四川成都610054;上海电力学院电子与信息工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM752.5超特高压远距离输电线路多经过山区、垭口、湖泊、高山分水岭等运行环境恶劣的地区,极易导致线路覆冰,引起线路跳闸、断线甚至倒塔等故障,严重影响人民的正常生产和生活.目前,国内外对输电线路覆冰监测已有一些研究成果.[1-4]华南理工大学的阳林等人基于称重法实现了输电线路等值覆冰厚度监测；[2]西安工程大学的黄新波等人基于三塔两档模型实现了覆冰监测；[3]杭州海康雷鸟的徐青松等人基于导线温度-倾角法实现了覆冰监测.[4]但以上研究都只是根据当前的覆冰厚度判断覆冰状态,并没有考虑覆冰的变化趋势,对覆冰状况的评价不够客观.另外，监测设备长期工作在野外高压强电磁环境,如何降低设备功耗和增强通信可靠性也是当前研究的关键问题. 为了克服现有覆冰在线监测终端的不足,本文提出了一种基于ZigBee技术和模糊专家系统的输电线路覆冰在线监测系统,实现了低成本、低功耗、自组织的输电线路覆冰在线监测,通信稳定可靠、误码率低,模糊专家系统评估结果对电力运行人员除冰融冰具有一定的指导意义.1 系统结构为了克服山区GPRS信号较弱且不稳定的问题,将监测终端分为监测终端主机(简称“监测主机”)和监测终端从机(简称“监测从机”)两部分,以便于按照各自特点进行相应布置和安装.覆冰在线监测系统主要由覆冰在线监测主机、覆冰在线监测从机和输电线路覆冰状态远程在线监控中心(简称“远程监控中心”)3部分组成,其系统结构如图1所示.图1 系统结构示意监测终端采用称重法进行覆冰厚度监测,主要通过拉力传感器、二维倾角传感器、二维超声波风速风向传感器、大气温湿度传感器等设备采集输电线路的状态信息和气象信息,先采用多源传感器信息融合方法定性分析覆冰情况,若之前监测无覆冰,则当气象信息满足温度低于0 ℃，湿度大于80%，风速大于1 m/s时进行定量计算,否则判定无覆冰；若已监测到有覆冰,则直接通过覆冰厚度计算模型[2]定量计算线路等值覆冰厚度.监测从机由监测从机1和监测从机2两部分组成,通过传感器采集相应监测数据,为减小甚至消除不均匀风载荷对采集数据的影响,对采集监测数据进行预处理.[5]监测从机1负责通过拉力传感器采集绝缘子串轴向拉力,通过二维倾角传感器采集绝缘子串偏斜角及倾斜角;监测从机2负责通过超声波一体化传感器采集风速、风向及大气温湿度等气象信息.监控主机负责接收监测从机数据,并根据等值覆冰厚度计算模型计算线路等值覆冰厚度及相关的状态和气象信息,并将计算结果发送给远程监控中心.此外,监控主机还负责接收和处理远程监控中心的设置与查询命令.远程监控中心负责接收并处理各监测主机数据,并根据输电线路覆冰状态信息管理与决策子系统对各监测数据进行数据融合，对覆冰状态进行综合评估；[6-7]然后根据数据融合结果给出相应监测数据变化曲线等可视化信息,根据覆冰状态评估结果给出相应的决策和建议,以实现远程智能监控输电线路覆冰状态的目的.在每个被监测的直线杆塔上安装1个监测主机和2个监测从机.远程监控中心作为GPRS通信网络的GPRS主节点,监控主机既作为GPRS通信网络的GPRS从节点也作为ZigBee通信网络的协调器节点,监测从机作为ZigBee通信网络中的终端节点.GPRS通信网络和ZigBee通信网络都为星型结构,ZigBee通信网络可实现点对点的短距离无线通信,GPRS通信网络可实现点对点的远距离无线通信.监测从机1适合安装在靠近拉力传感器和倾角传感器的位置,监测从机2适合安装在满足监测要求的风资源相对比较稳定的位置,监测主机适合安装在GPRS信号较强且稳定的位置.2 覆冰监测系统硬件设计2.1 监测主机设计监测主机主要由CC2530控制单元、GPRS单元和供电单元3部分组成,其主要结构见图2.CC2530控制单元主要通过ZigBee接收和处理各监测从机的数据,并对各监测从机进行相应的控制和设置,通过RS232与GPRS单元通信.GPRS单元主要负责接收远程监控中心的设置或查询命令,发送监测状态信息.供电单元负责为监测主机提供相应电源,主要由太阳能电池板、蓄电池和电源管理电路组成,电源管理电路可对监测主机电源进行智能化的综合管理.当太阳光照充足时,太阳能电池板为监测主机供电并将多余能源存储到蓄电池中,当太阳光照不足时或晚间,可通过蓄电池放电的方式为监测主机提供电源.图2 监测主机结构示意2.2 监测从机设计监测从机主要由传感器单元、CC2530控制单元、TTL-RS485单元和供电单元4部分组成,监测从机1和监测从机2的主要结构分别如图3和图4所示.图3 监测从机1结构示意图4 监测从机2结构示意传感器单元负责采集相应的监测数据,由于传感器采用RS485通信,TTL-RS485单元负责传感器与CC2530控制单元之间的通信方式的转换,CC2530控制单元负责对传感器采集的数据进行预处理,并将处理结果通过ZigBee发送给监测主机,还可以通过ZigBee方式接收监测主机对监测从机的设置或查询命令.3 覆冰监测系统软件设计监测主从机软件编程基于Z-Stack协议栈,监测主机与监测从机的启动过程和网络初始化步骤都相同,不同点在于编译时的配置文件不同.监测主机作为ZigBee协调器节点,上电后执行新建ZigBee网络程序;而监测从机作为ZigBee终端节点,上电后执行申请加入ZigBee网络程序.ZigBee节点上电后首先进行系统初始化,再执行基于优先级轮询任务的操作系统(Operating System Abstraction Layer，OSAL).[8]系统初始化主要包括关中断、板上硬件初始化、电源检测、IO口初始化、硬件抽象层驱动初始化、非易失性存储器初始化、数据链路层初始化,以及分配外部地址和操作系统初始化、开中断和看门狗初始化等.任务调度事件处理函数主要包括数据链路层任务事件处理、网络层任务事件处理、硬件层任务事件处理、应用支持子层任务事件处理、应用任务事件处理等.而应用任务事件处理函数主要负责处理用户自定义应用对象相关的事件,主要包括系统消息事件、允许绑定时间事件、绑定时间事件、进入事件和用户事件,其中用户事件包含用户自定义的事件.3.1 监测主机用户事件流程监测主机不仅处理监测从机的数据,还作为GPRS从节点和ZigBee协调器节点实现数据交互和控制转换等功能.因此，监测主机用户事件主要由等值覆冰厚度计算等数据处理、控制GPRS单元与远程监控中心通信、与监测从机ZigBee通信3部分组成,其流程如图5所示.监测主机上电初始化后开始建立ZigBee网络,当监测主机接收完两个监测从机的数据(如拉力数据、倾角数据、大气风速风向及大气温湿度数据)后,根据等值覆冰厚度计算模型进行相应的数据处理,得到输电线路大小档距内导线等值覆冰厚度,并将等值覆冰厚度、综合悬挂载荷、不均衡张力差、绝缘子串偏斜角、风偏角、大气温湿度、最大风速、极大风速,以及10 min的平均风速和平均风向等输电线路状态信息和气象信息,通过GPRS无线通信方式发送到远程监控中心,当接收到远程监控中心发送的设置或查询等命令时,对该命令进行预处理并发送给相应的监测从机.图5 监测主机软件流程3.2 监测从机用户事件流程监测从机通过RS485串行总线采集各传感器数据,经数据预处理后通过ZigBee发送给监测主机,因此监测从机用户事件主要包括传感器数据采集、采集数据预处理、ZigBee通信和休眠模式设置4部分,其流程如图6所示.监测从机上电初始化后申请加入ZigBee网络,采集传感器数据并进行预处理.监测从机1控制拉力传感器采集绝缘子串轴向拉力，通过二维倾角传感器采集绝缘子串偏斜角及倾斜角,预处理后得到稳态风载荷下导线的综合悬挂载荷、绝缘子串偏斜角及倾斜角；监测从机2控制超声波一体化传感器采集风速风向和大气温湿度,预处理后得到大气温湿度、最大风速、极大风速,以及10 min的平均风速和平均风向等气象信息.监测从机将相应数据处理结果发送到监测主机,当接收到监测主机发送的设置或查询等命令时,对该命令进行处理,处理完成后进入休眠模式,降低系统功耗,休眠结束后开始下一采集周期.图6 监测从机软件流程3.3 远程监控中心设计远程监控中心综合等值覆冰厚度、微气象参数以及覆冰持续时间等参量,建立模糊专家系统，以综合评估架空输电线路的覆冰状态.评估线路覆冰状态的特征量分别为大气相对湿度、大气温度、大气温度差、覆冰持续时间和等值覆冰厚度.将大气温度和大气相对湿度作为线路是否构成覆冰的判断条件,将大气温度差、等值覆冰厚度和覆冰持续时间作为评估线路覆冰严重程度的评估特征量.对评估变量进行模糊化,采用Mamdani最小运算规则计算模糊关系,模糊推理结果的反模糊化采用重心法计算线路覆冰状态,给出线路覆冰状态的综合评估结果(即无覆冰、轻度覆冰、严重覆冰).[6]无覆冰状态是指线路正常无覆冰,环境不构成覆冰形成条件，对线路无任何安全威胁；轻度覆冰状态是指线路发生了稍微严重的覆冰,提醒运行人员注意覆冰的发展趋势；严重覆冰是指线路的安全运行受到威胁,需要采取一定措施防止覆冰趋势的进一步发展.4 系统测试为了全面检验系统的功能和性能,在实验室环境下测试系统的数据采集功能和性能,并根据相关实际挂网运行的历史数据进行数据处理和性能评估.设置监测从机以15 min为一个采集周期,实验室测试数据如表1所示.远程监控中心软件显示如图7所示.表1 实验室测试数据实际风速测试风速实际风向测试风向实际温度测试温度实际湿度测试湿度(m·s-1)(°)℃%RH0.580.609593-9.8-10.220.620.53.233.25120123-1.0-1.135.232.69.589.6317917620.120.450.650.912.5212.5925625935.235.572.2 72.715.2515.2935835942.642.885.686.6图7 远程监控中心软件显示界面由表1和图7a可知,系统可较好地完成数据采集功能,采集数据误差与传感器自身采集的数据误差相当.由图7b可知,系统能较好地实现数据处理，并可视化显示数据处理结果.此外,监测主机、监测从机及远程监控中心的ZigBee无线通信系统和GPRS无线通信系统通信正常,几乎无通信失败的情况,误码率约为0.1%,可以满足系统的通信要求.5 结论(1) 基于ZigBee技术和模糊专家系统构建了一种低成本、低功耗、自组织的输电线路覆冰在线监测系统,系统功能完整、性能良好,采集性能主要取决于传感器自身的采集性能;(2) 充分结合并利用了ZigBee短距离无线通信和GPRS长距离无线通信的优点,通信稳定可靠、误码率低;(3) 将监测终端分为监测主机和监测从机,以便于传感器的信息采集和安装;(4) 模糊专家系统可客观地综合评估覆冰状态,其评估结果可以为电力运行人员及时融冰和除冰提供一定的参考.【相关文献】[1] 蒋兴良,常恒,胡琴,等.输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测与试验研究[J].中国电机工程学报,2013(10):177-183.[2] 阳林,郝艳捧,黎卫国,等.架空输电线路在线监测覆冰力学计算模型[J].中国电机工程学报,2010(19):100-105.[3] 黄新波,魏旭,李敏,等.基于3组力传感器和倾角传感器的输电线路导线覆冰在线监测技术[J].高电压技术,2014(2):374-480.[4] 徐青松,劳建明,侯炜,等.输电线路非均匀覆冰的实时监测和计算模型[J].高电压技术,2009(11):2 865-2 869.[5] 李成榕,吕玉珍,崔翔,等.冰雪灾害条件下我国电网安全运行面临的问题[J].电网技术,2008,32(4):14-22.[6] 阳林,郝艳捧,李立浧,等.架空输电线路覆冰状态评估模糊专家系统[J].高电压技术,2011(12):3 028-3 035.[7] 张晓丹,赵海,王刚,等.基于信息融合的故障诊断模糊专家系统的应用[J].吉林大学学报:工学版,2004(1):141-145.[8] 钟运平,程小华,戴栋,等.基于ZigBee技术输电线路在线监测系统的研究[J].电测与仪表,2013(5):105-108.。
分布式覆冰实时在线监测研究与应用
分布式覆冰实时在线监测研究与应用摘要：覆冰作为输电线管控的“七防”之一，严重影响输电线路稳定工作运行，本文通过选取几种典型的分布式覆冰监测方法，具体分析分布式覆冰监测技术的研究与应用，综述各种方法的结构功能及存在的相关问题。
关键词：覆冰；监测技术；输电线路；应用前言：高压或特高压输电线路早已成为国家的重要的战略设施之一，输电线路运行的稳定性，关乎着国防力量强弱以及社会民生发展好坏，而线路覆冰已经成为影响输电稳定性的主要难题之一。
2008 年初，贵州、湖南、江西、浙江、湖北、云南、广西等13个省市遭受了严重的冰冻雨雪凝冻灾害，国家电网、南方电网的直接经济损失分别达104.5、150亿元[1]。
为了避免因覆冰导致的输电线故障，防止更大的经济损失和社会不良影响，尽快统计覆冰线路的覆冰厚度与线路具体位置，对输电线路实时监测提出来很高的要求。
1.输电线路覆冰概述1.1覆冰产生的原因线路覆冰就是指一个范围内的所有电线都被冰包住的状况。
冷的雨滴降落到温度低于冰点(0℃)的物体上就形成雨凇。
如果发生是凝结在电线上，就会使电线覆冰[2]。
1.2线路故障机理1.2.1输电线路舞动线路舞动是输电线路最频繁的灾害，架空输电线路出现偏心结冰后，就会引起的低频自激振动。
因为线路的舞动会产生非常高的能量，持续时间较长，当输电线路发生线路舞动后，将会给线路带来极大的负担，会引起包括短路、断线倒塔等一系列问题，更有甚者会引起大规模停电[3]。
1.2.2输电线覆冰导致杆塔断裂在输电线两端杆塔的张力不平衡的时候会造成输电线断裂。
尤其是在一些地势不规律或者起伏较大的地区，杆塔在没覆冰的时候就受到不均衡的张力，当大面积覆冰的时候，更加剧了张力的不平衡性，最终导致杆塔断裂。
与此同时混合覆冰的粘黏性强，不易自动掉落，在风的作用下产生舞动，使得连接的金具松动，长时间后导致杆塔的倒塌。
1.2.3覆冰导致绝缘子串出现闪络绝缘子串覆冰状况下会产生冰凌桥接，导致绝缘子之间相互连接，绝缘强度大幅下降，融冰的过程中水与冰混合物中存在大量杂质，引起绝缘子之间的电场畸形，试验证明电场的畸形严重程度和绝缘子闪络发生率成正相关，最终提高造成电气事故的几率。
覆冰在线监测系统
系统概述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。
此做法为属国内首创。
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。
系统组成本系统由若干监测子站和服务器组成。
其中，监测子站部署在电力杆塔上，其自身又由监测子站主机和一系列数据采集单元等组成。
监测子站主机内置GPRS/3G网络通信模块、充电控制器等，监测子站负责从各采集单元接收数据，并将其通过GPRS/3G网络发送给远程服务器。
数据采集单元包括拉力/倾角采集单元、微气象采集单元、图像采集单元等。
服务器部署在监控中心机房内，能够集中显示所辖各高压输电线路杆塔周围的现场导线覆冰状况，并能对各监测子站进行远程操作。
在服务器上主要运行服务器软件、数据库，需要配备的设备包括防火墙、宽带连接、UPS电源等。
产品特性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。
此做法属国内首创，其它公司的覆冰监测产品均为采用分立的倾角传感器和拉力传感器。
通信方式灵活，支持ZIGBEE/WIFI/GSM/CDMA/GPRS和3G网络；为工业级产品，采用防水金属外壳，适用于各种恶劣的气候环境；系统采用低功耗设计，采用动态电源管理策略以满足节电要求；配备完善的后台软件，具有数据存储、历史数据查询、报表、打印、曲线图绘制等功能，可对覆冰状态进行趋势分析；满足国家电网公司企业标准《输电线路状态监测装置通用技术规范》（Q / GDW 242-2010）。
基于WSN的输电线路覆冰在线监测系统
基于WSN的输电线路覆冰在线监测系统
李正明;张钰;王政
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2013(000)012
【摘要】为了实现对架空输电线路覆冰情况的实时监测,根据输电线路架设特点及监测数据类型,设计了一种基于WSN(无线传感器网络)的输电线路覆冰在线监测系统.在分析现有覆冰监测系统通信方式的局限性的基础上,监测系统通讯采用基于Zigbee协议的层次型无线传感器网络,从而提高了网络覆盖范围.文中主要对传感器节点的硬件和软件进行设计,同时分析了网络组网、传感器节点供电等关键问题.在实验室环境下,针对所设计的层次型无线传感器网络中各传感器节点之间数据传输性能进行测试.测试结果表明:各节点硬件软件运行正常,组网和数据传输性能良好,能满足该监测系统要求.
【总页数】4页(P46-48,51)
【作者】李正明;张钰;王政
【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TP23
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4.基于机载在线监测系统的输电线路覆冰预测研究 [J], 李军; 庄红军; 周海; 候永洪; 莫刚; 钟以平
5.基于机载在线监测系统的输电线路覆冰预测研究 [J], 李军;庄红军;周海;候永洪;莫刚;钟以平
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覆冰在线监测装置技术规范书V2
覆冰在线监测装置技术规范书目录1 范围 (2)2 规范性引用文件 (2)3 术语和定义 (4)4 终端配置要求 (5)5 功能要求 (5)6 技术要求 (6)7 试验要求 (10)范围本规范规定了输电线路覆冰监测终端的基本功能、技术要求、试验方法、检验规则、安装调试、验收及包装储运要求等。
本规范适用于35kV及以上交、直流架空输电线路覆冰监测装置选型。
1规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
GB 2314—2008电力金具通用技术条件GB 2887—2000 电子计算站场地通用规范GB 4208—2008 外壳防护等级（IP代码）GB 50545—2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范GB/T 191—2008 包装储运图示标志GB/T 379—2005 电气控制设备GB/T 2317.2—2008 电力金具试验方法第2部分：电晕和无线电干扰试验GB/T 2317.4—2008 电力金具试验方法第4部分：验收规则GB/T 2423.1—2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T 2423.2—2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T 2423.4—2008 电工电子产品基本环境试验规程试验Ｄb：交变湿热（12h+12h循环）GB/T 2423.10—2008 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）GB/T 3047.1—1995 高度进制为20mm的面板架和柜的基本尺寸系列GB/T 3873—1983 通信设备产品包装通用技术条件GB/T 6388—1986 运输包装收发货标志GB/T 6587.6—1986 电子测量仪器运输试验GB/T 6593 电子测量仪器质量检验规则GB/T 7027—2002 信息分类和编码的基本原则与方法GB/T 9361—1988 计算站场地安全要求GB/T 9535—1998 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型GB/T 9969—2008 工业产品使用说明书总则GB/T 11463—1989 电子测量仪器可靠性试验GB/T 14436 工业产品保证文件总则GB/T 15464 仪器仪表包装通用技术规范GB/T 15844.1—1995 移动通信调频无线电话机通用技术条件GB/T 16611—1996 数传电台通用规范GB/T 16723—1996 信息技术提供OSI无连接方式运输服务的协议GB/T 16927.1 高电压试验技术第一部分：一般试验要求GB/T 17179.1—2008 提供无连接方式网络服务的协议第1部分：协议规范GB/T 17626.2-2006 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T 17626.4-2008 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5-2008 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T 17626.6-2008 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8-2006 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T 17626.9—1998 电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验GB/T 17626.12-1998 电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验GB/T 19064—2003 家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法DL/T 548—1994 电力系统通信站防雷运行管理规程DL/T 741—2010 架空送电线路运行规程DL/T 1098—2009 间隔棒技术条件和试验方法DL/T 5092—1999 110kV ～ 500kV 架空送电线路设计技术规程DL/T 5154—2002 架空送电线路杆塔结构设计技术规定DL/T 5219—2005 架空送电线路基础设计技术规定QX/T 1—2000 Ⅱ型自动气象站QJ/T 815.2—1994 产品公路运输加速模拟试验方法YD/T 799—2002 通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法YD/T 1028—1999 800MHz CDMA数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：移动台部分YD/T 1214—2002 900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）设备技术规范：移动台JIG 97—2001 测角仪检定规程JJG 455—2000 工作测力仪检定规程JB/T 5750—1991 气象仪器防盐雾、防潮湿、防霉菌工艺技术要求GA/T 70—94 中华人民共和国公共安全行业标准GA/T 75—94 安全防范工程程序与要求GA/T 367—2001 视频安防监控系统技术要求2术语和定义下列术语和定义适用于本规范。
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。
QGDW_554-2010 输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范
５．２
５．３ ５．４
数据输出 输出的信息包括：等值覆冰厚度状态量数据、气温、湿度、风速及风向状态量数据，及电源电压、工 作温度、心跳包等工作状态数据，数据输出要求符合附录 A。
通信功能 通信接口和应用层数据传输规约应满足 “Q/GDW 242—2010 输电线路状态监测装置通用技术规范” 相 关要求。 ５．６ 硬件与软件 a） 具备对装置自身工作状态包括采集、存储、处理、通信等的管理与自检测功能； b） 当判断装置出现运行故障时，能启动相应措施恢复装置的正常运行状态。 远程更新、配置与调试 a） 应具备身份认证、远程更新程序的功能，具备完善的更新机制与方式； b） 应具备按远程指令修改采集频率、采样时间间隔、网络适配器地址等参数的能力； c） 应具备动态响应远程时间查询/设置、数据请求、复位等指令的能力； d） 宜能按远程指令进入远程调试模式，并输出相关调试信息。 技术要求
I
Q / GDW ５５４ — ２０１０
前
言
输电线路状态监测系统是智能电网建设输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行检修管 理，提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。为科学规范地建设坚强智能电网输电线路状态监测 系统，确保输电线路状态监测系统技术标准和平台统一，装置数据有效、安全可靠、先进适用、布点合 理，特制定本标准。 本标准的附录 A 为规范性附录。 本标准由国家电网公司生产技术部提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准主要起草单位：中国电力科学研究院。 本标准参加起草单位：华北电网有限公司、华中电网有限公司、重庆市电力公司、浙江省电力公司、 安徽省电力公司、北京工业大学。 本标准主要起草人：于钦刚、黄志江、李红云、郭志广、李红旗、刘亚新、张予、况军、龚坚刚、 杨玉金、金华、W ５５４ — ２０１０
输电线路等值覆冰在线监测装置
浙江的覆冰厚度计算主要依据模拟导线，而模拟导线的故障率较高，根据2012年过冬后统计故障率50%以上。针对该情况分析如下：
地线拉力替代金具选择及存在问题
南方电网公司在地线上也安装了拉力传感器，称为两导一地，广西则安装三导两地。无论是开始还是目前安装的地线拉力传感器的失效数量均是一个不可低估的数量。其失效原因分析如下：
拉力传感器的技术指标：
拉力传感器的精度技术指标：以10t拉力传感器为例各项指标最大允许误差范围： 回零误差：±10Kg，示值误差：±20Kg，重复性：±20Kg，滞后：±30Kg，长期稳定性：±20Kg
拉力传感器的选型统计表：
替代金具的统计及调整； 审核图纸，确认项目名称、安装线路、杆塔号图纸、绝缘子金具图号、替代金具型号、数量、列出清单表格；表格格式如下：
覆冰装置安装大小号侧及导线资料的调研
导线的直径、比载、绝缘子重量、导线的长度（大小号侧杆塔水平档距、大小号侧塔与中心杆塔的相对高差）。
调研内容、要求：
现场通讯信号强度；GPRS信号强度，手机采用上网方式看是否满足通讯。OPGW光缆两点的距离）哈郑线。
遇到问题后的解决办法：
老的杆塔图纸没有、通过绝缘子串型号和照片判断球头挂环及地线连接金具可能的型号。 其他安装事项的调研、如广西主机安装在呼高的方案。 当地历史冬季的连续雨雪天情况。（电池配置）
高低温环境设备同时开启，球机分为两组分别放置在低温箱和高温箱，内胆放置在机箱外与球机电缆连接，达到3小时后，原来两个环境内球机互换，高低温设备不停止工作。循环更换5次。
覆冰监测方法及要求
覆冰监测的方法是：称重法， 将拉力传感器替换连接金具,测量在一个垂直档距内导线的质量,利用倾角传感器,计算出风阻系数和绝缘子串的倾斜分量,采用排除法,计算覆冰质量,以0.9g/cm3密度换算为等值覆冰厚度。该方法称之为称重法。 数据采集要求 a） 能完成绝缘子串拉力、绝缘子串角度及气温、湿度、风速及风向数据的采集、测量，通过网络将测量结果传输到状态监测代理装置或状态监测主站系统。 b） 具备自动采集功能。按设定时间间隔自动采集绝缘子串拉力、绝缘子串角度及温度、湿度、风速及风向数据，最小采集间隔宜大于 10 分钟，最大采样间隔应不大于 40 分钟，默认采样间隔为30分钟。在监测到存在覆冰可能的情况下，具备加密采集拉力及绝缘子串角度的功能； c） 具备受控采集功能，能响应远程指令，按设置采集方式、自动采集时间、采集时间间隔启动采集； d） 宜具备电池电压等采集功能； e） 应具备良好的同步机制，保证各参数采集时刻的同步性。
南方电网公司变电设备在线监测装置通用技术规范
(4)最大风速:35m/s（离地面10m高,10min平均风速）（户外)
(5)最大日温差：25℃（户外）
(6)日照强度：0.1W/cm2(风速0.5m/s)（户外）
(7)覆冰厚度：10mm(户外)
(8)耐地震能力:地震烈度7级地区（地面水平加速度0.20g，地面垂直加速度0.10g,地震波为正弦波，持续时间三个周波，安全系数1。67）
3。3
传感器
变电设备的状态感知元件，用于将设备某一状态参量转变为可采集的信号.如变压器油中溶解气体传感器、容性设备监测装置的电流传感器等。
3。4
平均无故障工作时间
装置相邻两次故障间的工作时间的平均值。
3。5
年故障次数
装置年故障的平均次数。
4
4。1正常工作条件
(1)环境温度：–15℃～+50℃
(2)环境相对湿度：5%～95%（无凝露、无积水）
GB/T 17626。1电磁兼容 试验和测量技术 抗扰度试验总论
GB/T 17626.2电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
GB/T 17626。3电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626。4电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T 17626.5电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验
0。5 kV
Ur＞60V
2。0 kV
注：与二次设备及外部回路直接连接的接口回路试验电压采用Ur＞60V的要求。
5。4。3冲击电压
在正常试验大气条件下设备的电源输入回路、交流信号输入回路、数据输入回路等各回路对地、以及各回路之间，应能承受1。2/50μs的标准雷电波的短时冲击电压试验.当额定大于60V时，开路试验电压为5kV；当额定电压不大于60V时,开路试验电压为1kV。试验后设备应无绝缘损坏和器件损坏。冲击试验后，装置的测量准确度应满足其等级指数要求。
输电线路覆冰在线监测综述
输电线路覆冰监测研究综述(华南理工大学电力学院, 广州, 510640)摘要：输电线路覆冰现象在我国较为普遍，严重影响电力系统运行。
为防止输电线路覆冰现象，国内外对此进行了长期研究，并取得一定研究成果。
本文对输电线路覆冰监测方法进行综述，分别说明其工作原理，深入分析各自的有点和不足，为工程应用进行有效指导。
最后对输电线路覆冰监测研究方向进行几点展望展望。
关键词：输电线路，覆冰监测，力学模型，图像处理，研究综述Abstract:The phenomenon of transmission line icing is more common in our country,witch seriously affects the power system’s operation. To prevent transmission line Icing phenomenon, home and abroad this long-term research and made some research.this paper summary Transmission Line monitoring methods,respectively their working principle,in-depth analysis of each a little and inadequate,for engineering application effective instruction.Finally, the Transmission Line Monitoring of direction points Prospects Looking.Key words：transmission line,iced monitoring,Mechanical model,Image processing,Research0 前言我国输电线路的覆冰现象已经十分普遍。
覆冰监测课件
覆冰监测
（3）覆冰缓慢生长阶段 27日10时后，气温保持在-2.2℃至-1.5℃之间，相对湿度一直维Βιβλιοθήκη 在97%或98%，覆冰监测
（3）拉力传感器的非线性区问题。系统采用的拉力传感器是电阻应变式传感器，一
般传感器标称负载的15%以内为传感器的非线性区，而现场500kV线路绝缘子串的实
际负载经常不足标称负载的15%，即拉力传感器将长期工作于非线性区，这将大大降
低测量精度。系统通过非线性补偿，将拉力传感器非线性区压缩至标称负载的5%以
覆冰略有增长，但增长速度变缓慢，至28日9:30，等值冰厚为22mm。 （4）覆冰消失阶段
28日11：32，综合拉力为47kN，等值冰厚仍有21.5mm，但气温升至0.46℃；至 28日13：32，综合拉力迅速减小为38kN，等值冰厚为11mm，此时气温为0.14℃； 至28日15：32，综合拉力恢复正常，等值冰厚变为0，气温升至0.66℃，相对湿度为 99%，风速风向仪已解冻，说明覆冰已消除；至3月1日2：34，相对湿度升至75%， 气温在0℃以上，说明该测点天气好转。
覆冰监测
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。
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分布式覆冰在线监测系统
TLKS-PMG-FB100
产品别称：架空输电线路导线覆冰在线监测系统
概述
在我国的中西部地区，由于地理气候的问题，大部分地区会下雪，有些地方甚至常年积雪。
积雪会导致输电线路覆冰，这在中国南方已经是非常普遍的现象了。
输电线路覆冰将会导致输电线路的性能下降，严重的话还会导致故障发生，出现停电事故。
从往年的情况看，停电给工农业和民众日常生活带来了极大的影响。
所以，深圳市特力康科技有限公司自主研发出分布式覆冰在线监测系统，通过实时监测，可避免输电线路严重覆冰情况的发生。
原理简介
分布式覆冰在线监测系统针对于在恶劣大气环境中运行的高压输电线路覆冰状态进行在线监测而设计的监测装置，前端装置实时监测综合悬挂载荷、不均衡张力差、绝缘子串风偏角、绝缘子串偏斜角等数据、并通过GPRS/WIFI/OPGW 光纤网络将数据传送致后端监控中心，监控中心通过平台软件对线路覆冰厚度的数据实时分析。
性能特点
1、可设不同级别的管理人。
2、能在高温、低温环境下工作，有自加热功能。
3、具有高清晰数字视频及图片即时获取功能。
4、具有远程控制采集视频、微气象、拉力、倾角数据功能。
5、采用无线3G/GPRS/CDMA网络传送视频及数据给监控中心系统。
6、采用高效的太阳能及蓄电池供电方式，可以远程控制球机电源。
7、具有自动分析报警提示值班人员功能。
8、多层高质量金属密封，全方位保护
技术参数
结语
深圳市特力康科技有限公司研发的分布式覆冰在线监测系统，通过全新的技术，高级的材料，精致的工艺，使得输电线路覆冰监测不再是难题，一经投入市场，马上得到客户的强烈反响好评。
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