CN102679936A - 一种输电线路垂直档距测量装置 - Google Patents

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严尔梅
吴晓东
虢韬
祝益民
冯文斌
徐梁刚
毕家启
王坤辉
李君�
郎岚
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Abstract

本发明公开了一种输电线路垂直档距测量装置，它包括：气象检测功能模块、线路视频监测功能模块、绝缘子串拉力检测功能模块和绝缘子串角度检测功能模块，均与数据处理功能模块电连接，数据处理功能模块与数据输出功能模块电连接，数据输出功能模块，实现将数据处理功能模块的结果输出至覆冰实时监测系统，与覆冰实时监测系统电连接；本发明解决了在输电线路实际运行过程中，输电线路覆冰实时监测系统采用线路设计时的理论垂直档距作为输入值进行监控，导致输电线路覆冰实时监测系统受环境影响误差大，精度低等问题。

Description

一种输电线路垂直档距测量装置
技术领域
本发明属于输电线路覆冰监测预警技术领域，尤其涉及一种输电线路的垂直档距测量装置。
背景技术
我国地域辽阔气象环境多变，是世界上输电线路覆冰较多的国家之一，2008年和2011年初的2次较大冰雪灾害天气造成严重的线路覆冰、跳闸、断线、倒塔等事故，给国民经济和工农业、人民生活用电带来重大损失。次冰雪灾害的主要原因是多年一遇的大范围、长时间低温雨雪冰冻气候，但也反映出我国电网抵御恶劣气象条件的能力不足，缺乏在第一时间掌握线路覆冰情况的手段。
过去对输电线路覆冰情况的监测主要是靠线路运行人员的现场观察测量来实现的，近年来对输电线路覆冰实时监测的研究已取得了一定的进展，通过对覆冰的实时监测，在前期采取措施，防止事故的发生和扩大是完全可能的。经过多年来的开发研究与工程实践，输电线路等值覆冰厚度监测系统已日臻完善，其监测精度已可达2mm左右。但是，系统的监测精度仍有提高的空间和可能性。在拉力法覆冰监测系统中，是通过对垂直档距内的荷载变化来得出最后的等值覆冰厚度值的，其中垂直档距作为覆冰实时监测系统的一个重要的技术参数，其准确性会直接影响到监测精度，目前对垂直档距的获取是通过线路设计时候的垂直档距的设计值作为监测系统的数值，但是在输电线路实际运行过程中，垂直档距不是一成不变的，而是随着周围环境的变化而变化的，这就导致了覆冰厚度监测系统的监测精度受环境因素影响误差大，精度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题： 提供一种输电线路垂直档距测量装置，以解决在输电线路实际运行过程中，输电线路覆冰实时监测系统采用线路设计时的理论垂直档距作为输入值进行监控，导致输电线路覆冰实时监测系统受环境影响误差大，精度低等问题。
本发明技术方案：
一种输电线路垂直档距测量装置，它包括：
气象检测功能模块，检测线路现场气象参数，与数据处理功能模块电连接；
线路视频监测功能模块，监测线路上雨雪情况，与数据处理功能模块电连接；
绝缘子串拉力检测功能模块，检测导线绝缘子串的拉力，与数据处理功能模块电连接；
绝缘子串角度检测功能模块，检测导线绝缘子串风偏角度和倾斜角度，与数据处理功能模块电连接；
数据处理功能模块，根据线路基本参数、现场气象参数、绝缘子串的拉力、风偏角度和倾斜角度，进行数据处理，与数据输出功能模块电连接；
数据输出功能模块，将数据处理功能模块的结果输出至覆冰实时监测系统，与覆冰实时监测系统电连接。
绝缘子串拉力检测功能模块安装有拉力传感器，其安装在导线绝缘子串之间，与数据处理功能模块采用导线连接。
绝缘子串角度检测功能模块安装有二维角度传感器，其安装在导线绝缘子串上，与数据处理功能模块采用导线连接。
数据处理功能模块包括：
导线挂点处受力处理子功能模块，将绝缘子串拉力检测功能模块检测到的拉力值、绝缘子串角度检测功能模块检测到的绝缘子串风偏角度、倾斜角度值和线路基本参数输入到导线挂点处受力处理子功能模块，得出导线挂点处绝缘子串轴向拉力，与垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块电连接；
垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块，将绝缘子串倾斜角度值和导线挂点处绝缘子串轴向拉力值输入到垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块，得出垂直档距内垂向总载荷，与垂直档距计算子功能模块电连接；
垂直档距计算子功能模块，根据线路基本参数和垂直档距内垂向总载荷，得出垂直档距数值。
本发明有益效果：
本发明通过气象检测功能模块实时检测线路现场气象数据，通过绝缘子串拉力检测功能模块和绝缘子串角度检测功能模块检测绝缘子串的拉力和角度等值，这些检测值实时动态送至数据处理功能模块，数据处理功能模块安装在电脑上，通过预先编写数据处理程序并固化在电脑上，通过实时检测的相关数值并结合线路基本参数，通过数据处理功能模块自动计算出线路的垂直档距和等值覆冰厚度，且相关检测和处理都是自动进行因此可以实现对线路垂直档距的自动实时和动态测量，本发明利用非覆冰期内的绝缘子串拉力及倾角数据来对线路的垂直档距进行动态计算，从而保证覆冰开始前的垂直档距参数符合现场的情况，最终达到提高等值覆冰厚度监测精度的目的，其监测精度已可达1mm左右，解决了在输电线路实际运行过程中，输电线路覆冰实时监测系统采用线路设计时的理论垂直档距作为输入值进行监控，导致输电线路覆冰实时监测系统受环境影响误差大，精度低等问题。
附图说明：
图1 为本发明功能模块组成图；
图2为本发明数据处理功能模块的子功能模块组成框图。
具体实施方式：
一种输电线路垂直档距测量装置，它包括（见图1）：
气象检测功能模块，检测线路现场气象参数，与数据处理功能模块通过地下光纤连接，气象监测功能模块由安装在线路现场的小型气象工作站组成，检测线路附近的气象参数，如空气湿度、温度、风速等数值并将数值实时送至数据处理功能模块。
线路视频监测功能模块，监测线路上雨雪情况，与数据处理功能模块通过光纤连接，线路视频监测功能模块主要由线路现场的无数个视频摄像头组成，所有视频信息通过光纤传输至数据处理功能模块。
绝缘子串拉力检测功能模块，检测导线绝缘子串的拉力，绝缘子串拉力检测功能模块的检测器件采用拉力传感器，安装在导线绝缘子串之间，与数据处理功能模块采用导线或通过无线连接。
绝缘子串角度检测功能模块，检测导线绝缘子串风偏角度和倾斜角度，绝缘子串角度检测功能模块的检测器件采用二维角度传感器，安装在导线绝缘子串上，与数据处理功能模块采用导线或无线连接。
数据处理功能模块，根据线路基本参数、现场气象参数、绝缘子串的拉力、风偏角度和倾斜角度，进行数据处理，与数据输出功能模块通过普通网线或光纤连接；线路基本参数是固定参数，由人工预先录入存储，进行数据处理时，自动获取相关数据信息。
数据输出功能模块，将数据处理功能模块的结果输出至覆冰实时监测系统，与覆冰实时监测系统通过光纤或普通网线连接。
数据处理功能模块包括：
导线挂点处受力处理子功能模块，根据绝缘子串拉力检测功能模块检测到的拉力值、绝缘子串角度检测功能模块检测到的绝缘子串风偏角度、倾斜角度值和线路基本参数等输入条件，得出导线挂点处绝缘子串轴向拉力，与垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块通过数据调用函数连接，
导线挂点处受力处理子功能模块编程思路为：
由于所测量的绝缘子串拉力是一个三维矢量，因此首先必须将该值转换为线路方向上的拉力值，把风偏方向上的力去掉。
 计算公式为：
                                                 =
Figure 2012101381393100002DEST_PATH_IMAGE002
   （1）
其中F为所测量到的绝缘子串挂点处的轴向张力，φ为绝缘子串风偏角。
由于上式中的F0为绝缘子串挂点处所受到的拉力，所以接下来应将其折算成导线挂点处绝缘子串所受到的力。在此首先假定悬垂绝缘子串为一荷载均匀分布的刚体直棒。
G i * sinθ *  λ/2 = T` * sinθ1 *  λ
F0 *  = Gi * cos θ + T * cosθ1
上式中， Gi为绝缘子串自重，θ为绝缘子串倾斜角，θ1为导线挂点处绝缘子串轴向拉力与绝缘子串之间的线路方向的夹角，λ为绝缘子串长度，T为导线挂点处绝缘子串轴向拉力。
解上述方程后可得到：
Figure 2012101381393100002DEST_PATH_IMAGE003
       （2）
Figure 2012101381393100002DEST_PATH_IMAGE005
   （3）
垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块，根据绝缘子串倾斜角度值和导线挂点处绝缘子串轴向拉力值为输入条件，得出垂直档距内垂向总载荷，与垂直档距计算子功能模块通过数据函数调用连接，其编程思路为：
WN = T  *  COS(θ+θ1)  （4）
式中WN为垂直档距内垂向总荷载
垂直档距计算子功能模块，根据线路基本参数和垂直档距内垂向总载荷，得出垂直档距数值，其编程思路为：
（5）
式中lv为垂直档距，WNd为单根导线上垂直档距内单位长度的冰荷载，n为导线分裂数，w0为导线单位长度重量。先令Wnd=0并把垂直档距LV作为未知数，然后根据式（5）计算出垂直档距值。
数据处理功能模块根据上述公式通过编程固化在电脑上，通过自动接收现场气象数据和检测数据等自动得出垂直档距值，由于现场数据实时测量并发送因此可以实现对垂直档距的自动测量。
数据输出功能模块，将数据处理功能模块的垂直档距的动态测量值输出至覆冰实时监测系统，与覆冰实时监测系统通过光纤或普通网线连接，覆冰实时监测系统通过垂直档距动态测量值进行等值覆冰计算，实现对线路覆冰实时监测的精度要求。
测量条件：
已知目前工况下线路不可能出现线路覆冰，判定的依据是现场测得的气象条件不可能使得线路上产生覆冰，比如，环境温度大于3摄氏度，且该条件已经持续24小时以上（为了排除覆冰以后短暂的环境温度回升情况）；该条件的判定是通过系统对气象数据进行自动统计来实现；
在确定目前线路为非覆冰工况以后，再对目前现场检测器件所检测到的绝缘子串轴向拉力及倾斜角、风偏角进行处理，数据处理功能模块自动取2小时内的10组数据，根据式(4)计算出垂直档距内垂向总荷载并作曲线拟合，数据处理功能模块自动取其最大值作为垂直档距内的垂向综合荷载；先令Wnd=0并把垂直档距LV作为未知数，然后根据式（5）计算出动态垂直档距。

Claims (4)

1.一种输电线路垂直档距测量装置，它包括：
气象检测功能模块，检测线路现场气象参数，与数据处理功能模块电连接；
线路视频监测功能模块，监测线路上雨雪情况，与数据处理功能模块电连接；
绝缘子串拉力检测功能模块，检测导线绝缘子串的拉力，与数据处理功能模块电连接；
绝缘子串角度检测功能模块，检测导线绝缘子串风偏角度和倾斜角度，与数据处理功能模块电连接；
数据处理功能模块，根据线路基本参数、现场气象参数、绝缘子串的拉力、风偏角度和倾斜角度，进行数据处理，与数据输出功能模块电连接；
数据输出功能模块，将数据处理功能模块的结果输出至覆冰实时监测系统，与覆冰实时监测系统电连接。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路垂直档距测量装置，其特征在于：绝缘子串拉力检测功能模块安装有拉力传感器，其安装在导线绝缘子串之间，与数据处理功能模块导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路垂直档距测量装置，其特征在于：绝缘子串角度检测功能模块安装有二维角度传感器，其安装在导线绝缘子串上，与数据处理功能模块导线连接。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路垂直档距测量装置，其特征在于：数据处理功能模块包括：
导线挂点处受力处理子功能模块，将绝缘子串拉力检测功能模块检测到的拉力值、绝缘子串角度检测功能模块检测到的绝缘子串风偏角度、倾斜角度值和线路基本参数输入到导线挂点处受力处理子功能模块，得出导线挂点处绝缘子串轴向拉力，与垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块电连接；
垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块，将绝缘子串倾斜角度值和导线挂点处绝缘子串轴向拉力值输入到垂直档距内垂向总载荷处理子功能模块，得出垂直档距内垂向总载荷，与垂直档距计算子功能模块电连接；
垂直档距计算子功能模块，根据线路基本参数和垂直档距内垂向总载荷，得出垂直档距数值。
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