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。若以SD1表示对应等效档距lD1的导线长度,则：

由于主杆塔上绝缘子串存在倾斜角θ,所以主杆塔两侧导线上的水平拉力分量不同,由水平方向的力平衡可知:

根据建立的平衡点法,并设导线自重载荷集度为q0,风载荷集度为qwind,覆冰载荷集度为qice,有冰、风载荷作用与只有自重载荷作用时杆塔上竖向载荷的差值为ΔTV,则

而风载荷wind q 可以通过风速传感器、导线直径和风夹角等算出,故可求解得:

wind w ice q q q -= (9)

2.3 计算冰厚

根据2.2节求得的覆冰重量,并结合覆冰的密度(0.9g/cm3)、导线直径来求解覆冰厚度。按照电力系统线路设计标准设定覆冰形状为均匀圆柱,如图3所示。则可求解出标准冰厚: d

d q b ic

e 218.942120-+=πγ (10)

式中:γ0为冰的密度(雨凇)；d 为导线的计算等效直径；b 为覆冰厚度；ice q 为覆冰载荷。

2.4 计算导线任意点弧垂

按照图4所示,设导线上任意一点距弧垂最低点O 点距离为x ′,距主杆塔悬点A 距离为x,则有

x l

x

D -='12

1

式中:q 为导线上竖向所受载荷集度(w q q q

+=0)；1D l 为主杆塔对应的等效档距；1D f 为主杆塔对应的等效弧垂。

考虑杆塔结构和绝缘子类型的差异、现场安装方便及传感器安装结构的强度等因素,采用应变片式压力传感器,其外形尺寸和结构强度符合标准金具尺寸要求。图5给出山西忻州实际运行系统的安装结构设计,其最大优点是不改变原有结构的对地安全距离和结构强度要求。

输电线路覆冰在线监测系统于2005年10月在西安金源电气有限公司研制成

功,并于2006年2月在山西省忻州供电公司的重覆冰区安装试运行,目前设备运行良好。2006年3月24日至2006年5月23日期间监测系统部分运行结果见附录A。表明该杆塔承受的垂直拉力在风力影响下在1.4t~1.5t之间变化,导线的舞动频率均在20次/min以下,对线路的结构强度影响不大。但在4月13日,垂直拉力突然增大到1.6t以上,与此相对应的风速和导线舞动频率并没有增加(风速保持在10m/s左右)。专家软件根据力学计算模型得出该线路在4月12日至4月14日期间产生覆冰现象,最大覆冰厚度达8mm,这与忻州覆冰观测人员现场观测结果是完全一致的。

输电线路导线覆冰及舞动在线监测系统的成功运行表明:一方面,其可取代已在严重覆冰区建立的造价高、效果差的观冰站,可加强对覆冰线路的实时监测,充分掌握沿线气象条件并将覆冰事故消除在萌芽状态,提高供电设备运行的可靠性；另一方面,可全面收集和长期积累气象资料,为输电线路设计、运行维护提供基础数据。

参考文献：黄新波，等.导线覆冰的力学分析与覆冰在线监测系统.电力系统自动化.2007.（7）：98-101）