申请/专利权人：杭州一益信息技术有限公司

申请日：2018-08-07

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108692690B

主分类号：G01B21/08

分类号：G01B21/08;G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2021.05.14#著录事项变更;2018.11.16#实质审查的生效;2018.10.23#公开

摘要：本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度监测系统及方法，该系统包括导线倾角传感器和或绝缘子串倾角传感器和主控制器；所述导线倾角传感器安装于导线挂点处，所述绝缘子串倾角传感器安装于悬垂绝缘子串上，所述主控制器安装于杆塔横担上；所述导线倾角传感器和或所述绝缘子串倾角传感器与所述主控制器通信连接。该系统方便准确地实现了对输电线路导线覆冰的监测，满足电力部门预警、监测的要求。

主权项：1.一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取未知状态下导线温度tn、导线挂点出口处倾斜角θAn、本塔绝缘子串倾斜角θBn、邻塔绝缘子串倾斜角θCn；根据本塔绝缘子串长度λ1、邻塔绝缘子串长度λ2和所述本塔绝缘子串倾斜角θBn、邻塔绝缘子串倾斜角θCn，利用公式：Δl＝λ1×sinθBn+λ2×sinθCn，计算档距增量Δl；根据公式：Δh＝λ1×1-cosθBn-λ2×1-cosθcn，计算高差增量Δh；根据导线设定温度tm下、无外负荷载时的档距l和高差h，利用公式： 计算现行档距下的高差角βn；根据导线单位长度自重W、导线最终弹性系数E、所述设定温度tm下无外负荷载时的高差角β和导线水平应力σm，利用牛顿迭代法计算现行档距下导线温度所述设定温度下、无外荷载时的导线水平应力σ01，计算公式如下: 其中，γ为导线自重比载，根据导线温度线膨胀系数α和所述设定温度tm利用以下公式计算未知状态下的导线水平应力σn和导线综合比载γn： 根据导线截面积S，利用公式：wn＝γn×S，计算未知状态下，导线单位长度荷载wn；根据导线单位长度自重W、导线外径D，利用公式：wn＝w+0.027728b·b+D，计算等值覆冰厚度b。

全文数据：_种输电线路等值覆冰厚度监测系统及方法技术领域[0001]本发明属于输电线路在线监测领域，尤其涉及一种输电线路等值覆冰厚度监测系统及方法。背景技术[0002]防冰抗冰历年来都是输电线路工作的重中之重，目前国内外等值覆冰厚度的监测方法多种多样，包括倾角法、称重法、图像等效判别法、气象法等。应用较为广泛的是称重法和倾角法两种。但基于这两种方法的等值覆冰厚度技术还存在一定的缺陷和不足，主要体现在以下几个方面：[0003]称重法等值覆冰厚度监测技术的不足有:一、比较适用于直线塔，而不太适用于耐张塔:基于称重法是对垂直档距内的垂向荷载变化进行监测来间接监测等值覆冰厚度这一基本原理，在耐张场合下不太适合用称重法来对覆冰厚度进行监测，这极大地影响了覆冰监测装置布点的可选择性;二、目前的绝缘子串拉力传感器采用的是以替换球头挂环为主的安装方式，操作过程复杂繁琐，不利于现场安装和运维工作;三、替换的金具型号种类繁多，结构不同，导致了绝缘子串拉力传感器的型号众多，相互之间无法进行互换；四、进行了线路金具的替换，给线路的安全运行增加了隐患。[0004]倾角法等值覆冰厚度监测技术的不足有:一、电源系统设计存在缺陷：以往的导线倾角及温度传感器在取能方式上存在缺陷，由于使用的是导线感应取能方式，该取能模式下传感器的正常运行极大地依赖于导线电流的稳定程度适用范围小），故电源系统运行一直不稳定，传感器的故障率一直居高不下。二、监测数据的准确度较差:研究表明，造成监测准确度差的原因主要有三个方面:1导线倾角法需要有高精度的导线倾角监测传感器作支撑，其准确度等级需要在〇.1°以内；2在大风工况下，导线处于运动状态，如果此时只是简单地对导线倾角数据进行采样，不对风荷载引起的噪声采取过滤措施，将极大地影响导线倾角监测的准确度，最终影响导线等值覆冰厚度监测的准确度;3未充分考虑绝缘子串倾斜角对覆冰监测的影响，在覆冰工况下，悬垂绝缘子串两侧往往存在不同程度的不平衡张力，而且覆冰越严重，不平衡张力差越显著，数值仿真的结果表明，如果忽略由于不平衡张力引起的导线档距的微量变化，将会使得最终计算得到的导线应力以及等值覆冰厚度出现较大的误差。[0005]综上所述，电力部门需要有一种精确有效的输电线路等值覆冰厚度监测装置及系统，来实时测量和分析实际工况中的输电线路覆冰厚度。发明内容[0006]基于此，本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度监测系统及方法，方便准确地实现了对输电线路导线覆冰的监测，满足电力部门预警、监测的要求。其具体采用的技术方案如下：[0007]—种输电线路等值覆冰厚度监测系统，包括导线倾角传感器、绝缘子串倾角传感器和主控制器；[0008]所述导线倾角传感器安装于导线挂点处，所述绝缘子串倾角传感器安装于悬垂绝缘子串上，所述主控制器安装于杆塔横担上;所述导线倾角传感器和所述绝缘子串倾角传感器与所述主控制器通信连接。[0009]—种输电线路等值覆冰厚度监测方法，包括以下步骤：[0010]获取未知状态下导线温度tn、导线挂点出口处倾斜角Θαπ、本塔绝缘子串倾斜角θΒη、邻塔绝缘子串倾斜角9Cn;[0011]根据本塔绝缘子串长度λι、邻塔绝缘子串长度λ2和所述本塔绝缘子串倾斜角θΒη、邻塔绝缘子串倾斜角Θ1，利用公式：AI=XiXsίηθΕη+λ2XsinQm，计算档距增量Δ1;[0012]根据公式：，计算高差增量Ah;[0013]根据导线设定温度U下、无外负荷载时的档距1和高差h，利用公式：[0014]计算现行档距下的高差角βη;[0015]根据导线单位长度自重W、导线最终弹性系数Ε、所述设定温度U下无外负荷载时的高差角β和导线水平应力〜，利用牛顿迭代法计算现行档距下导线温度所述设定温度下、无外荷载时的导线水平应力ση，计算公式如下：[0017]其中，γ为导线自重比载[0018]根据导线温度线膨胀系数α和所述设定温度U利用以下公式计算未知状态下的导线水平应力〇„和导线综合比载γη:[0021]根据导线截面积S，利用公式:wn=ynXS，计算未知状态下，导线单位长度荷载wn;[0022]根据导线单位长度自重W、导线外径D，利用公式:Wn=w+0.027728b·b+D，计算等值覆冰厚度b[0023]本发明提供的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，包括导线倾角传感器输出导线温度值和导线倾角值），绝缘子串倾角传感器，主控制器;导线倾角传感器安装于导线挂点处，绝缘子串倾角传感器安装于悬垂绝缘子串上，主控制器安装于杆塔横担上，导线倾角传感器和绝缘子串倾角传感器与主控制器通信连接，从而实现覆冰厚度监测。[0024]本发明提供的一种输电线路等值覆冰厚度监测方法。该方法充分考虑绝缘子串倾斜角对覆冰监测的影响，根据塔线体系的不同，将监测模式分为耐-耐模式、直-耐模式和直-直模式三类。通过收集导线特性参数和线路基础数据，以及实时测定的导线温度、绝缘子串倾斜角和线路导线倾角（由传感器端处理排除风荷载引起的噪音来计算和确定输电线路等值覆冰厚度，该方法合理、正确，算法简单，结果精确，并且能适用于线路耐张段内覆冰厚度计算，能够方便准确实现对架空输电线路导线覆冰的监测，完全满足电力部门预警、监测的要求。[0025]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明[0026]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0027]图1为本发明实施例提供的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统结构框图；[0028]图2为本发明实施例提供的另一种输电线路等值覆冰厚度监测系统结构框图；[0029]图3为直-直模式的监测模式示意图；[0030]图4为直-耐模式的监测模式示意图；[0031]图5为耐-耐模式的监测模式示意图。具体实施方式[0032]下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。[0033]如图1所示，本发明实施例提供了一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，包括导线倾角传感器输出导线温度值和导线倾角值），绝缘子串倾角传感器，主控制器;导线倾角传感器安装于导线挂点处，绝缘子串倾角传感器安装于悬垂绝缘子串上，主控制器安装于杆塔横担上，导线倾角传感器和绝缘子串倾角传感器与主控制器通信连接，从而实现实时值覆冰厚度监测。具体的，通信连接可以无线通信连接，也可以是有线通信连接，在一个实施例中，通信连接为射频通信连接。[0034]进一步的，如图2所示，导线倾角传感器，为一体成型结构，传感器端可进行导线运动状态识别，使其保持稳态，直接排除风荷载引起的噪音。内部主要包括:温度-倾角模块、第一通信模块、第一供电模块。温度-倾角模块将现场采集到的导线温度值和导线倾角值处理后通过第一通信模块传送给主控制器，第一供电模块为整个导线倾角传感器供电。[0035]绝缘子串倾角传感器，为一体成型结构，传感器端可进行导线运动状态识别，使其保持稳态，直接排除风荷载引起的噪音。内部主要包括:倾角模块、第二通信模块、第二供电模块。倾角模块将现场采集到的绝缘子串倾角值处理后通过第二通信模块传送给主控制器，供电模块为整个绝缘子串倾角传感器供电。[0036]本实施例中，所述第一通信模块、所述第二通信模块和主控制器包括射频通信单元；温度-倾角模块将现场采集到的导线温度值和导线倾角值处理后通过RFRadioFrequency:射频通讯方式传送给主控制器;倾角模块将现场采集到的绝缘子串倾角值处理后通过RF通讯方式传送给主控制器。进一步的，所述第一供电模块和所述第二供电模块包括太阳能单元和磷酸铁锂蓄电池。[0037]参见图3-5,根据塔线体系的不同，导线倾角法覆冰监测模式分为三类，分别为耐-耐模式（图5、直-耐模式（图4和直-直（图3模式。耐指的是耐张塔塔型，直指的是直线塔塔型；监测模式表示法中前者指的是本塔塔型，后者指的邻塔塔型，比如直-耐的意思是本塔塔型为直线塔，邻塔塔型为耐张塔。耐-耐模式传感器布置为:本塔导线倾角传感器;直-耐模式传感器布置为:本塔导线倾角传感器+本塔绝缘子串倾角传感器;直-直模式传感器布置为:本塔导线倾角传感器+本塔绝缘子串倾角传感器+邻塔绝缘子串倾角传感器;具体的，绝缘子串倾角传感器和导线倾角传感器的布置可参见附图3-5。[0038]基于上述监测模式，本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，具体如下：[0039]1收集待测导线的特性参数和线路的基础数据，具体包括以下几项：[0040]D一导线外径mm[0041]S一导线截面积mm2[0042]α—导线温度线膨胀系数1°C[0043]W—导线单位长度自重Nm[0044]E一导线最终弹性系数N_2[0045]A1—本塔绝缘子串长度m[0046]λ2—邻塔绝缘子串长度m[0047]2测量收集导线温度为5°C、无外荷载时已知状态参数，具体包括以下几项：[0048]U—已知状态下导线温度（°C，此值规定为5°C[0049]fm—已知状态下档距中央弧垂m[0050]1—档距m[0051]h—尚差m[0052]β—高差角（。）[0053]—已知状态下的导线水平应力Nmm2[0054]2.1计算高差角β。）：[0056]2.2计算已知状态下的导线水平应力Ν_2:[0058]式中γ为已知状态下导线比载Nm·mm2，按照下式计算：[0060]3根据不同的塔线体系将导线倾角传感器安装在各档线路导线上，用于实时测量线路导线倾角值和导线温度值，将倾角传感器安装于绝缘子串挂点A处，用于实时测量绝缘子串倾斜角。测量收集未知状态参数：[0061]^一未知状态下导线温度（°C[0062]Θαπ—未知状态下导线挂点出口处A处的倾斜角（°[0063]θΒη—未知状态下本塔绝缘子串倾斜角（°[0064]注意:θΒη是有极性的，当绝缘子串向监测档侧倾斜时为负，反之为正。[0065]0Cn—未知状态下邻塔绝缘子串倾斜角（°[0066]注意:0Cn是有极性的，当绝缘子串向监测档侧倾斜时为负，反之为正。[0067]4计算未知状态下覆冰厚度bmm:[0068]4.1计算档距增量m:[0069]根据公式：ΔI=A1XsinABr^SXsinQcn[0070]其中不同监测模式下A1、λ2、θΒη、0Cn的取值方法：[0071]耐-耐监测模式:HθΒη、0Cn均直接赋值为0;[0072]直-耐监测模式:λ2、0Cn均直接赋值为〇，A1、θΒη为实际监测值；[0073]直-直监测模式:A1、λ2、θΒη、0Cn均为实际监测值。[0074]4.2计算高差增量m:[0076]4.3计算现行档距下的高差角m:[0078]4.4根据牛顿迭代法计算现行档距下导线温度为5°C、无外荷载时的导线水平应力σ〇ιNmm2:[0080]式中：[0081]γ为导线自重比载[0082]4.5计算未知状态的导线水平应力0nNmm2和导线综合比载ynNm·mm2:[0085]4.6计算未知状态下导线单位长度荷载wnNm·mm2:[0086]Wn=YnXS[0087]4.7计算等值覆冰厚度bmm:[0089]根据以上监测方法，距离说明，以某型号为LGJ-30040的导线做为待测导线，该监测模式为:直-直模式，收集到的测量覆冰厚度所需的导线特性参数及线路基础数据如下：[0099]λ2—6.36m[0100]将输电线路倾角监测装置安装在待测线路导线上，实时测量导线倾角值和导线温度值，某个时刻测得的导线倾角值和导线温度值分别为:5.6°;_5°C。[0101]将倾角传感器安装于绝缘子串上，实时测量同一时刻本塔绝缘子串倾角值和邻居塔绝缘子串倾角值分别为:2°;1.3°。[0102]经过上述计算模型最终计算得到的现状态导线等值覆冰厚度为:9.01mm。[0103]本发明充分考虑绝缘子串倾斜角对覆冰监测的影响，根据不同的塔线体系提出了三种导线倾角法覆冰监测模式，通过收集导线特性参数和线路基础数据，以及实时测定的导线温度、绝缘子串倾斜角和线路导线倾角（由传感器端处理排除风荷载引起的噪音来计算和确定输电线路等值覆冰厚度。本发明的有益效果在于以下几方面:首先，倾角传感器体积小、重量轻、造价低;其次，传感器结构统一、量程统一，有利于生产、安装、维护;第三，相对于拉力法无需进行金具替换，对线路运行安全无影响；第四，在耐张场合有更好的表现，尤其适合于孤立档的覆冰监测，很好地弥补了拉力法覆冰监测模式的不足;第五，导线温度及倾角传感器集成于同一部件内（导线倾角传感器），系统结构简明；第六，采用无线信号传输，克服了有线信号传输方式下线缆易因环境适应性差而失效的缺点，提高了系统可靠性；第七，无线信号采用了统一的空中接口，不存在物理接口中机械、电气参数一致性的问题，部件的互换性好。第八，实现等值覆冰厚度的实时监测。因此，该系统和方法合理、正确，算法简单，结果精确，方便准确地实现了对架空输电线路不均匀覆冰工况下的覆冰厚度监测。[0104]以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

权利要求：1.一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，其特征在于，包括导线倾角传感器和或绝缘子串倾角传感器和主控制器；所述导线倾角传感器安装于导线挂点处，所述绝缘子串倾角传感器安装于悬垂绝缘子串上，所述主控制器安装于杆塔横担上;所述导线倾角传感器和或所述绝缘子串倾角传感器与所述主控制器通信连接。2.根据权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，其特征在于，所述导线倾角传感器为一体成型结构，包括温度-倾角模块、第一通信模块和第一供电模块;所述第一供电模块连接到所述温度-倾角模块和所述第一通信模块;所述第一通信模块与所述主控制器通信连接；或者，所述绝缘子串传感器为一体成型结构，包括倾角模块、第二通信模块和第二供电模块;所述第二供电模块连接到所述倾角模块和所述第二通信模块;所述第二通信模块与所述主控制器通信连接。3.根据权利要求2所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，其特征在于，所述第一通信模块、所述第二通信模块和主控制器包括射频通信单元。4.根据权利要求3所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，其特征在于，所述第一供电模块和所述第二供电模块包括太阳能单元和磷酸铁锂蓄电池。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测系统，其特征在于，当导线倾角法覆冰监测模式为直-直模式时，所述监测系统至少包括2个所述绝缘子串倾角传感器和1个导线倾角传感器，所述绝缘子串倾角传感器分别设置在本塔和邻塔的绝缘子串上，所述导线倾角传感器设置在本塔导线挂点处；当导线倾角法覆冰监测模式为直-耐模式时，所述监测系统至少包括1个所述绝缘子串倾角传感器和1个所述导线倾角传感器，所述绝缘子串倾角传感器设置在本塔绝缘子串上，所述导线倾角传感器设置在本塔导线挂点处；当导线倾角法覆冰监测模式为耐-耐模式时，所述监测系统至少包括1个所述导线倾角传感器，所述导线倾角传感器设置在本塔导线挂点处。6.—种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取未知状态下导线温度tn、导线挂点出口处倾斜角θΑη、本塔绝缘子串倾斜角θΒη、邻塔绝缘子串倾斜角9!;根据本塔绝缘子串长度心、邻塔绝缘子串长度λ2和所述本塔绝缘子串倾斜角θΒη、邻塔绝缘子串倾斜角Θ1，利用公式：AI=XiXsίηθΒη+λ2XsinQcn，计算档距增量Δ1;根据公式：Ah=A1Xl-cos9Bn-A2XI-CosQcn，计算高差增量Ah;根据导线设定温度U下、无外负荷载时的档距1和高差h，利用公式：计算现行档距下的高差角βη;根据导线单位长度自重W、导线最终弹性系数E、所述设定温度U下无外负荷载时的高差角β和导线水平应力½，利用牛顿迭代法计算现行档距下导线温度所述设定温度下、无外荷载时的导线水平应力σπ，计算公式如下：其中，γ为导线自重比载，根据导线温度线膨胀系数α和所述设定温度仏利用以下公式计算未知状态下的导线水平应力〜和导线综合比载γη:根据导线截面积S，利用公式:Wn=ynxs，计算未知状态下，导线单位长度荷载Wn;根据导线单位长度自重W、导线外径D，利用公式:Wn=w+0.027728b·b+D，计算等值覆冰厚度b。7.根据权利要求6所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，还包括步骤:收集待测导线的特性参数和线路的基础数据，所述特性参数和基础数据包括:所述导线外径D、所述导线截面积S、所述导线温度线膨胀系数α、所述导线单位长度自重W、所述导线最终弹性系数E、所述本塔绝缘子串长度和所述邻塔绝缘子串长度λ2。8.根据权利要求7所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，所述设定温度U为5°C，所述监测方法还包括步骤:测量收集导线设定温度为5°C、无外荷载下的已知状态参数，所述已知状态参数包括：已知状态下档距中央弧垂fm、所述档距1和高差h、所述高差角β和导线水平应力〇„，其中，所述高差角所述导线水平应力其中，γ为已知状态下导线比载，9.根据权利要求6-8任一项所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，不同监测模式下λι、λ2、θΒη、0Cn的取值不同，其中对于耐-耐监测模式:A1、λ2、θΒη、0Gn均直接赋值为〇;对于直-耐监测模式:λ2、0en均直接赋值为〇，A1、ΘΒΑ实际监测值；对于直-直监测模式:λι、λ2、θΒη、0Gn均为实际监测值。10.根据权利要求9所述的一种输电线路等值覆冰厚度监测方法，其特征在于，所述本塔绝缘子串倾斜角θΒη和所述邻塔绝缘子串倾斜角^Cn具有极性，当绝缘子串向监测档侧倾斜时为负，反之为正。

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