架空輸電線路覆冰實時監(jiān)測方案探討

顏劍張小梅　

（1.湖北省電力勘測設(shè)計院　2.武漢市測繪研究院　湖北　武漢　430000）

架空輸電線路覆冰實時監(jiān)測方案探討

顏劍1張小梅2

（1.湖北省電力勘測設(shè)計院2.武漢市測繪研究院湖北武漢430000）

架空輸電線路覆冰現(xiàn)象是造成輸電線路產(chǎn)生問題的重要原因。架空輸電線路覆冰厚度超過一定的限制，會產(chǎn)生線路壓斷、閃絡(luò)或者桿塔傾斜的危險。因此對于架空輸電線路的覆冰監(jiān)測研究一直是相關(guān)學(xué)者和電力工作人員普遍重視的問題。只有做好架空輸電線路的覆冰實時監(jiān)測才能更好的計算覆冰的厚度和產(chǎn)生的負(fù)荷，從而快速的進(jìn)行維護(hù)和搶修，保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。本文首先分析架空輸電線路覆冰形成的機理，并探討架空輸電線路覆冰計算，然后深入分析架空輸電線路覆冰實時監(jiān)測方案。

架空輸電線路；覆冰監(jiān)測；監(jiān)測方案

架空輸電線路覆冰現(xiàn)象在我國一直是引起輸電線路產(chǎn)生問題的重要原因。冬季氣溫較低的情況下，各個地區(qū)經(jīng)常會產(chǎn)生凍雨覆冰的現(xiàn)象，所以為了更好的應(yīng)對這一問題，必須加強對架空輸電線路覆冰的實時監(jiān)測，避免出現(xiàn)線路壓斷、跳閘、桿塔線路倒塌的危害。現(xiàn)今我國在國外先進(jìn)的覆冰監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了弧垂實時監(jiān)測的方法和小型氣象站分析法以及視頻圖像實時監(jiān)測技術(shù)綜合利用的覆冰監(jiān)測方法，從而實現(xiàn)對架空輸電線路的覆冰形成的氣象條件、形成的具體過程以及覆冰產(chǎn)生的厚度和負(fù)荷進(jìn)行實時的監(jiān)測。實現(xiàn)對架空輸電線路覆冰現(xiàn)象的防治和后期的搶修，避免架空輸電線路因為覆冰而產(chǎn)生嚴(yán)重的電路損壞問題。

1　架空輸電線路覆冰形成的原因

1.1輸電線路覆冰形成的機理

架空輸電線路覆冰問題多發(fā)生在我國南方以北的區(qū)域。覆冰形成的原因主要是受到冷暖氣流交匯的影響。如果空氣中僅有冷空氣流入，會產(chǎn)生降溫和刮風(fēng)的現(xiàn)象，但是因為空氣中沒有一定濕度的氣流所以不會產(chǎn)生雨雪，因此不會造成線路覆冰。當(dāng)冷空氣和南方的暖濕氣流交匯時，就會出現(xiàn)將雨降雪的現(xiàn)象和微量的覆冰現(xiàn)象。如果冷暖氣流非常強烈就會產(chǎn)生強大的雨雪和覆冰。極易造成輸電線路的故障。輸電線路的覆冰按照凍結(jié)的程度可以分為四種類型：①雨凇；②混合凍結(jié)；③霧凇；④凍雪。四種類型的覆冰現(xiàn)象具有不同的氣象差別。

1.2覆冰形成的影響條件

架空輸電線路覆冰的影響條件主要是受到氣象條件、地形地勢特點以及線路自身因素的綜合影響。例如氣象條件中，容易產(chǎn)生雨雪的區(qū)域極易發(fā)生覆冰的現(xiàn)象；地勢較高的區(qū)域，空氣氣溫往往不較低極易造成覆冰的危害；如果線路本身在施工建設(shè)時選擇的材料質(zhì)量不合格或者其它因素等受到覆冰的危害明顯加大。同樣的在同一輸電線路中覆冰的厚度還和線路架空的高度、方位、檔距等有著明顯的關(guān)系。

2　架空輸電線路覆冰厚度計算方法

架空輸電線路覆冰厚度計算是為了準(zhǔn)確的了解覆冰厚度的大小對線路產(chǎn)生的危害，從而根據(jù)厚度的限值有效的確定覆冰厚度的值是否會對線路產(chǎn)生影響。通常情況下都是通過多種近似的計算將覆冰的厚度換算成雨凇的標(biāo)準(zhǔn)冰厚（便準(zhǔn)厚度為圓形的斷面厚度，密度為為0.9g/cm3）的方法進(jìn)行計算。

（1）采用覆冰的斷面長軸長度和短軸的長度依照橢圓面積換算的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算時，假設(shè)覆冰的密度為ρx（g/cm3），斷面的長半軸長度為D1/2（mm），短半軸長度為D2/2（mm），導(dǎo)線直徑為D（mm）。所以按照橢圓面積換算的標(biāo)準(zhǔn)計算覆冰厚度b（mm）為：

（2）按照覆冰的斷面周長來計算覆冰的厚度時，假設(shè)線路覆冰的整體外圍周長為L（mm），周圍截面的面積和外圍直徑為Dn（mm），并與圓形的面積等值。計算覆冰厚度b（mm）為：

（3）按照實際的覆冰的截面面積進(jìn)行計算時，利用硬紙片套進(jìn)已經(jīng)在覆冰的斷面用工具進(jìn)行挖空的孔洞中，然后復(fù)制輪廓的外形，算出覆冰和電線總的截面面積，設(shè)為An（mm2）。計算覆冰厚度b（mm）為：

3　架空輸電線路覆冰實時監(jiān)測方案

3.1氣象站監(jiān)測方案

采用這種方法對輸電線路進(jìn)行覆冰的實時監(jiān)測需要在線路的沿線設(shè)置小型的氣象站，并且還要在導(dǎo)線上安裝相應(yīng)的測溫儀器。現(xiàn)今我國引進(jìn)的國外小型氣象監(jiān)測站可以準(zhǔn)確的測量線路周圍的環(huán)境氣溫、風(fēng)速、濕度以及降雨量等眾多的氣象條件。可以利用GSM/GPRS通道準(zhǔn)確的將監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€路監(jiān)測控制中心。可以實時的監(jiān)測輸電線路覆冰想成的氣象條件，以便可以及時采取應(yīng)對措施。在導(dǎo)線上安裝相應(yīng)的測溫儀器的主要功能是為了在小型氣象站監(jiān)測周圍氣候條件時提供必要的導(dǎo)線溫度監(jiān)測。例如，導(dǎo)線的負(fù)荷電流如果較大就會在導(dǎo)線的內(nèi)部產(chǎn)生一定的溫度，如果導(dǎo)線的溫度大于0℃，那么在相應(yīng)的覆冰氣候條件下也不會產(chǎn)生覆冰。

圖1　輸電線路覆冰綜合監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

3.2視頻圖像監(jiān)測方案

利用視頻圖像的監(jiān)測的方法主要是在輸電線路的沿線的桿塔中設(shè)置一定視頻監(jiān)測裝置，從而實現(xiàn)對導(dǎo)線、桿塔以及整體線路等覆冰的形成狀況進(jìn)行實時的監(jiān)測。現(xiàn)今我國擁有眾多的生產(chǎn)線路視頻監(jiān)測裝置的廠家，并且已經(jīng)擁有了比較完備的生產(chǎn)技術(shù)，視頻裝置在設(shè)置上也更加的注重監(jiān)測的自動性和有效性。視頻裝置可以通過實時的監(jiān)測將監(jiān)測線路段的圖像資料通過GSM/GPRS通道傳輸?shù)骄€路監(jiān)測控制中心。可以實現(xiàn)對監(jiān)測圖像的分析和回放。保證對輸電線路的全天候?qū)崟r監(jiān)測效果。但是利用視頻及裝置進(jìn)行覆冰的實時監(jiān)測會出現(xiàn)一定的缺陷，例如在狂風(fēng)和暴雪的天氣下，監(jiān)測的視頻鏡頭很可能被雪覆蓋，或者出現(xiàn)損毀，不能保證生成圖像的清晰度，有時還會出現(xiàn)不成像的問題。

3.3弧垂覆冰監(jiān)測方案

采用弧垂監(jiān)測的方法主要是通過在沿線的線路中安置溫度或傾角的測量球來測量直線塔中的絕緣子串的動態(tài)夾角來實現(xiàn)對線路的覆冰監(jiān)測。該裝置是可以實現(xiàn)在線監(jiān)測的監(jiān)測方法，可以直接的對導(dǎo)線的溫度以及導(dǎo)線的傾斜角進(jìn)行監(jiān)測，利用監(jiān)測的數(shù)據(jù)有效的計算出導(dǎo)線的弧度。為了保證該裝置可以在惡劣的氣候條件中以及高壓電場的條件下可以穩(wěn)定的運行，該裝置的電源形成方式是采用線路電流產(chǎn)生感應(yīng)電源，同時將GSM/ GPRS通信模式有效運用，發(fā)展出多層屏蔽和密封技術(shù)。可以有效的測量導(dǎo)線由于覆冰重量的增加而引起的導(dǎo)線弧度的動態(tài)變化，有效的對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。

3.4架空輸電線路覆冰實時綜合監(jiān)測方案

架空輸電線路的綜合監(jiān)測方案的應(yīng)用主要是將上述的氣象站監(jiān)測方案、視頻圖像監(jiān)測方案、弧垂覆冰監(jiān)測方案進(jìn)行綜合利用，可以實現(xiàn)對輸電線路的實時監(jiān)測的效率和效果。綜合監(jiān)測方案的示意圖如圖1所示。

具體的監(jiān)測流程是：①先由小型的氣象監(jiān)測站監(jiān)測輸電線路沿線的氣象環(huán)境因素，監(jiān)測周圍是否出現(xiàn)導(dǎo)致覆冰現(xiàn)象的氣象條件。②然后輸電線路的沿線的桿塔中設(shè)置一定視頻監(jiān)測裝置監(jiān)測線路區(qū)域中雨雪降落的具體狀況，監(jiān)測導(dǎo)線上和絕緣子串上是否已經(jīng)出現(xiàn)覆冰的現(xiàn)象。③如果出現(xiàn)覆冰的現(xiàn)象可以利用弧垂覆冰監(jiān)測方案，測量導(dǎo)線的傾斜角的變化狀況和導(dǎo)線垂弧的變化數(shù)值。然后通過實時數(shù)據(jù)的收集，確定導(dǎo)線弧垂和覆冰厚度的關(guān)系曲線。從而有效的監(jiān)測出輸電線路的覆冰狀況。有利于電力工作人員可以根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的維護(hù)和搶修，避免輸電線路因為覆冰而產(chǎn)生線路損毀、閃絡(luò)、桿塔線路塌斜等問題。

4　結(jié)語

現(xiàn)今從我國整體的架空輸電線路的覆冰監(jiān)測來說，大多數(shù)的電力企業(yè)依然采用人工巡檢的方式，存在著許多缺陷。尤其是在地勢、地形較為復(fù)雜的架空線路中采用人工巡檢的方式具有巨大的工作困難性。本文探討了小型監(jiān)測站實時監(jiān)測的方法、視頻監(jiān)測方法和計算導(dǎo)線弧垂的監(jiān)測方法在監(jiān)測輸電線路覆冰中具有強大的優(yōu)勢因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)該得到大范圍的推廣和應(yīng)用。

[1]徐青松，候煒，王孟龍，等.架空輸電線路覆冰實時監(jiān)測方案探討[J].浙江電力，2009，26（3）：9～12，45.

[2]李立浧，陽林，郝艷捧，等.架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)評述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（2）：237～243.

[3]李昊，陳鵬，傅闖，等.南方電網(wǎng)架空輸電線路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)及其運行分析[A].2013年加強電網(wǎng)抗冰能力技術(shù)經(jīng)驗交流會論文集[C].2013：141～ 147.

TM755

A

1673-0038（2015）32-0281-02

2015-7-21