高压电线覆冰厚度测量方法

高压电线覆冰厚度测量方法

摘要针对2008年初我国南方地区输电线路大面积遭受的覆冰灾害天气，在介绍常规冰厚检测方法的基础上，提出一种基于行波传输时差的冰厚测量方法。理论推导了有关的冰厚计算公式，采用GPS行波定位系统精确记录行波传输时间，表明该方法具有较高的精确度。

关键词高压电线；行波传输时差；GPS行波定位；冰厚测量；方法

2008年1月中旬以来，我国华中、华东、南方等区域遭遇了罕见的持续低温、雨雪和冰冻极端天气，电力基础设施遭到大面积的严重破坏，部分地区电力设施受灾损坏极其严重[1]。电网覆冰严重，造成电线断裂、电杆倒塌、大面积停电等冰灾事故，严重威胁电网的安全稳定运行[2]。

目前，对于输电线路覆冰情况的检测主要通过人工巡视来完成。由于输电线路覆冰受局部微地形气候条件影响大，而有些线路架设在人烟稀少、交通不便的地区，极大地增加了巡视人员的劳动强度。现有的覆冰在线监测技术稳定性有待提高，机械传动部件容易冻结，监测参数不全，尤其在恶劣气候条件下可能发生摄像镜头冰雪遮蔽和冻结的问题，降低了监测结果的时效性和准确性[3]。

笔者提出采用基于行波传输时差的测量方法，可以精确地测量出行波到达线路两端的时间，通过时间差可以计算输电导线在正常运行以及覆冰期间的实际长度，利用长度与冰厚的关系可以计算出冰灾时期导线的覆冰厚度。

1线路长度与冰厚的关系

影响输电线路负荷的主要因素有线路自重、冰重以及风吹产生的压力。当导线覆冰时，随着覆冰厚度的增加，导线的弧垂会增大，线路长度也会伸长，可以通过建立线路长度与冰厚的关系来计算导线覆冰厚度。

1.1比载计算

作用在导线上荷载都是不均匀的，为了便于计算，将单位长度输电线路上的荷载折算到单位面积上的数值定义为线路的比载，用r表示，单位为N/m·mm2。实际情况中，根据各因素的影响不同，可分为垂直比载和水平比载，垂直比载包括自重比载和冰重比载，水平比载即风压比载。

1.1.1自重比载。自重比载是由导线自身重量引起的比载，可认为其大小不受气象条件变化的影响。其计算公式如下:

1.2导线长度计算

由于导线的直径要远远小于杆塔间导线的长度，同时导线大多是由多股细金属线构成的绞合线，因此导线的刚性对其悬挂空间曲线形状影响很小。在计算中可作如下假设：①导线是没有刚性的柔性索链，导线只受轴向张力而其弯矩为零。

②作用在导线上的荷载沿其线长均匀分布。根据这2个假设，悬挂在两杆塔间的导线呈悬链线形状，如图1所示。相邻杆塔间导线悬挂点高度差简称为高差，用h表示。两悬挂点连线与水平面的夹角称为高差角，用?渍表示。

在档距l不太大时，通过积分计算，杆塔两端导线长度的计算公式如下：

2采用行波时差计算线路长度和冰厚的原理

2.1行波传输时差计算线路长度

正常情况下，行波定位装置检测到信号到达两端的时间分别为t1和t2，两变电站之间导线总长度为Lp；覆冰情况下，信号到达两端的时间分别为t1′和t2′，导线总长度为Lp′。

根据以上测量，结果为：

Lp=v（t2-t1）Lp′=v（t2′-t1′）（8）

2.2行波传输时差计算线路冰厚

为了计算两变电站之间导线的标准覆冰厚度，假设地形、气候等因素对不同杆塔间覆冰厚度的影响相同。在两变电站间取档距为l的导线进行计算，在m气象条件下导线长为Lm，n气象条件下导线长为Ln，从以上假设可得出如下关系式：

联立公式（7）和（9）可得

取tk=（t2′-t1′）/（t2-t1）

化简可得

结合公式（6）和（11）可求出输电线路覆冰厚度b的值。

3 行波时差测量冰厚的实现方法

冰灾期间，采用GPS同步时钟信号的电压行波故障定位系统，可以准确记录覆冰线路上行波到达线路两端的时间，测量精度高，误差小[4]。

基于整个输电网的故障行波定位系统如图2所示：包括专用的行波传感器、故障定位装置、故障定位主机等。故障记录单元接收传感器传变的行波信号，硬

件检测行波到达的初始波头，并启动GPS时钟单元记录初始波头到达时刻。行波定位装置将记录的行波数据和时间信息通过GPRS网络上传到故障定位主机，当检测到电网故障后，主机将数据进行过滤，剔除无效数据后存入数据库，再将各变电站的故障数据进行信息融合，由定位算法计算故障点，最后将定位结果通过Web服务器以动态网页的形式实时发布。

4结语

持续雨雪冰冻气候是电网大面积冰灾的直接导因，冰灾中线路设备大量损坏也反映出电网抵御严重自然灾害能力不足[5-6]。本文提出的采用基于行波传输时差的测量方法，可以为输电线路覆冰检测提供参考依据，有利于工作人员及时采取措施防止覆冰的进一步发展造成线路故障，最大限度降低冰灾对整个输电网络的损害。

5参考文献

[1] 胡毅.电网大面积冰灾分析及对策探讨[J].高电压技术，2008，34（2）：215-219.

[2] 许树楷，赵杰.电网冰灾案例及抗冰融冰技术综述[J].南方电网技术，2008，2（2）：1-6.

[3] 丁军策，苏寅生，李建设，等.冰灾期间电网运行特点及应对措施[J].南方电网技术，2008，2（2）：23-26.

[4] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[5] 吴娅.2010年广东电网覆冰监测网典型线路覆冰分析[J].广东电力，2010，23（10）：47-49.

[6] 朱桂华.广西电网电科院严密监控高寒山区输电线路覆冰状况[J].广西电业，2011（1）：30.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文