CN102707014A - 一种输电线路导线表面状态评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路导线表面状态评估方法，包括步骤：检测所述导线的表面粗糙度；根据所述导线的表面粗糙度判断所述导线的老化程度。与相关技术相比，通过检测导线的表面粗糙度来判断导线的老化程度，大大提高了对导线表面状态评估的效率和准确性，为评估导线运行状况和线路长期运行寿命管理提供了一种方便、高效、准确的途径。本发明还涉及一种输电线路导线表面状态评估系统。

Description

一种输电线路导线表面状态评估方法及系统

技术领域

本发明涉及电力输送领域，更具体地说，涉及一种输送线路导线表面状态评估方法及系统。

背景技术

输电线路导线设计之初会根据机械和电气要求提出设计限值，近年来国内超高压、特高压建设日趋加快，由于输电线路电晕引起的电磁环境问题越来越受到人们的重视。国内外研究结论一致认为导线表面状况对线路电磁环境影响巨大；而且国内由于工业发展较国外晚，污染问题比欧美地区严重，导线老化更加严重，致使长期运行后的导线即使在正常运行电压下也会有电磁指标（如可听噪声等级、无线电干扰指标等）超标问题存在。

在相关技术中，在对导线输电线路评价时只能通过在实际线路中实地对无线电干扰和可听噪声检测来对比分析其电磁环境水平，评价导线运行寿命。这种方式往往需要到输电走廊导线附近进行检测，而且需要使用专业的可听噪声分析仪、无线电干扰接收机，人力物力耗费严重。

同时由于在露天环境下进行检测，检测过程受天气影响严重，如背景噪声和背景无线电干扰的影响、导线附近温度和湿度的影响、雨水和风力的影响、线路舞动的影响等，导致检测结果分散性较大，即使采用多次检测取平均值的方式，由于上述原因检测结果也很难做到客观和无干扰下对输电线路电磁环境、导线表面状况进行评价。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对相关技术中的上述不足，提供一种改进的输电线路导线表面状态评估方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种输电线路导线表面状态评估方法，包括步骤：

检测所述导线的表面粗糙度；

根据所述导线的表面粗糙度判断所述导线的老化程度。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估方法中，所述输电线路导线的表面粗糙度以所述导线的轮廓算术平均偏差Ra表征。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估方法中，根据检测到的表面粗糙度判断所述输电线路导线的老化程度的步骤是：

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差Ra为2～8μm时，所述输电线路导线轻度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差Ra为8～16μm时，所述输电线路导线中度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差Ra为16～30μm时，所述输电线路导线重度老化。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估方法中，所述输电线路导线的表面粗糙度以所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差Rq表征。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估方法中，根据检测到的表面粗糙度判断所述输电线路导线的老化程度的步骤是：

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差Rq为3～12μm时，所述输电线路导线轻度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差Rq为12～22μm时，所述输电线路导线中度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差Rq为22～35μm时，所述输电线路导线重度老化。

构造一种输电线路导线表面状态评估系统，包括：

检测装置，用于检测所述导线的表面粗糙度；以及

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的所述导线的表面粗糙度判断所述导线的老化程度。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估系统中，还包括：

另一检测装置，用于检测所述导线表面的物质成分；

另一处理装置，用于根据所述检测装置检测到的导线表面物质成分含量判断所述导线的老化程度；

比较装置，用于将根据表面粗糙度分析得到的老化程度与根据物质成分分析得到的老化程度进行比较；以及

判断装置，用于判断所述导线运行区域的主要老化类型。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估系统中，还包括第一输出装置，用于输出根据表面粗糙度分析得到的老化程度。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估系统中，还包括第二输出装置，用于输出根据物质成分分析得到的老化程度。

在本发明所述的输电线路导线表面状态评估系统中，还包括第三输出装置，用于输出所述导线运行区域的主要老化类型。

本发明的有益效果是：与相关技术相比，通过检测导线的表面粗糙度来判断导线的老化程度，大大提高了对导线表面状态评估的效率和准确性，为评估导线运行状况和线路长期运行寿命管理提供了一种方便、高效、准确的途径。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明一些实施例中的新导线单股示意图。

图2为图1所示导线在运行一定时间后的示意图。

图3为图2所示导线的局部剖面示意图。

图4为导线取样长度内的轮廓算术平均偏差和轮廓算术均方根偏差示意图。

图5为测量点（i，j）处对应高度图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示的输电线路导线在运行一定时间以后会逐渐产生老化现象，老化后的导线如图2所示表面呈深色，其横断面如图3所示，包括铝绞线10以及包裹在铝绞线10外围的表面层20。

导线的老化程度一般可分为轻度老化、中度老化以及重度老化。轻度老化的导线的表面状况与在一般运行环境下运行不足10年的导线的表面状况相当；中度老化的导线的表面状况与在一般运行环境下运行年限在10致20年的导线的表面状况相当；而重度老化的导线的表面状况相当于在一般运行环境下运行了20年以上的导线的表面状况。

试验表明：如果以轮廓算术平均偏差Ra或轮廓算术均方根偏差Rq来表征导线表面的粗糙度的话，运行中的导线在设计年限(例如，30年)内的轮廓算术偏差Ra的范围为2~30μm，轮廓算术均方根偏差Rq的范围为3~35μm，并且导线的老化程度与导线表面的粗糙度Ra或Rq存在对应关系，该对应关系如下表1所示：

表1导线的老化程度与导线表面的粗糙度对应关系表

Ra（μm）	Rq(μm)	老化程度
			2～8	3～12	轻度老化
8～16	12～22	中度老化
			16～30	22～35	重度老化

基于上表1所示的导线的老化程度与导线表面的粗糙度之间的对应关系，本发明提供了一种导线表面状态评估方法，其包括如下步骤：

对待评估导线进行取样，例如，取样3~5cm，并将状态保护良好，不接触湿润、腐蚀性的气体、液体、固体；

对导线样本的表面粗糙度进行检测；

根据检测到的表面粗糙度值与上述表1进行比较，看其落入上述表1中哪个范围，从而得出导线的老化程度；其中，当检测到的Ra在2～8μm（含8μm）之间或Rq在3～12μm（含12μm）之间时，表明该导线轻度老化；当检测到的Ra在8～16μm（含16μm）之间或Rq在12～22μm（含22μm）之间时，表明该导线中度老化；当检测到的Ra在16～30μm（含30μm）之间或Rq在22～35μm（含35μm）之间时，表明该导线重度老化。

在一些实施例中，如果导线运行状况达到重度老化，建议对导线进行更加有针对性检测，并加强线路巡检，同时检测线路相关限值参数是否超标。

在一些实施例中，上述导线的表面粗糙度采用表面形貌仪进行检测，且检测的垂直扫描范围30μm~100mm，垂直分辨率满足0.01μm，侧向分辨率满足0.11~8.8μm。导线的具体检测过程如图2所示，其中，Ra被定义为在取样长度L内轮廓偏距绝对值的算术平均值，计算方法见式（1），Rq被定义为在取样长度L内轮廓偏距绝对值的均方根值，计算方法见式（2）。

$R_a=\frac{1}{l}{\∫}_0^l\left|y\left(x\right)\right|\mathrm{dx}---\left(1\right)$

$R_q=\sqrt{\frac{1}{l}}{\∫}_0^l{y}^2\left(x\right)\mathrm{dx}---\left(2\right)$

在一些实施例中，表面形貌仪在扫描的范围内同时检测了多个离散点的高度值。如图3中，X和Y方向每mm长度检测400~1000个点（X方向上检测的点为N个，Y方向检测的点为M个），每个点（i，j）对应的高度值为Zi，j，如图所示。本发明采用了式（1）和式（2）的离散形式对检测点进行了计算，具体计算方法如式（3）和（4）所示，得到了导线样本的粗糙度轮廓算术平均偏差Ra和轮廓算术均方根偏差Rq的数值。

$R_a=\frac{1}{M}\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|z_{i,j}\right|---\left(3\right)$

$R_q=\frac{1}{M}\frac{1}{N}\sqrt{\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_{i,j}^2}---\left(4\right)$

其中，上述式（1）和式（2）为原理表达式，上述式（3）和（4）为利用采样数据后方便计算的表达式，为实际手动或编程计算使用。

在一些实施例中，还提供一种输电线路导线表面状态评估系统，包括：

第一检测装置，用于检测导线的表面粗糙度；

第一处理装置，用于根据检测装置检测到的导线表面粗糙度判断导线的老化程度；以及

第一输出装置，用于输出第一结果。

试验还表明：导线的老化程度与导线表面的一些物质成分（例如，铝、碳、硫、硅等）的含量存在着对应关系，该对应关系如下表2所示：

表2导线的老化程度与导线表面的物质成分含量的对应关系表

铝	碳	硫+硅	老化程度
				50%～90%	1%～10%	1%～4%	轻度老化
15%～50%	10%～18%	4%～8%	中度老化
				5%～15%	18%～39%	8%～15%	重度老化

在一些实施例中，上述含量可为摩尔百分含量。

基于上表2所示的导线的老化程度与导线表面的物质成分含量之间的对应关系，本发明还提供了另一种导线表面状态评估方法，其包括如下步骤：

对导线取样，例如，取样3~5cm，并将状态保护良好，不接触湿润、腐蚀性的气体、液体、固体；

对导线样本的表面的物质成分进行检测；

根据检测到的物质成分比例与上述表2进行比较，看其落入上述表2中哪个范围，从而得出导线的老化程度；其中，当检测到的表面物质成分中，铝为50%～90%（含90%），碳为1%～10%（含10%），硫与硅之和为1%～4%（含4%）时，则表明该导线轻度老化；当检测到的表面物质成分中，铝为15%～50%（含50%），碳为10%～18%（含18%），硫与硅之和为4%～8%（含8%）时，则表明该导线中度老化；当检测到的表面物质成分中，铝为5%～15%（含15%），碳为18%～39%（含39%），硫与硅之和为8%～15%（含15%）时，则表明该导线重度老化。

在一些实施例中，为了提高检测的准确性，不能破坏导线表面的形貌和成分，为此，可采用非接触式检测方式（如，能谱分析）对表面成分进行分析。另外，表面成分检测的精度可为0.1%，并在特定环境下检测（温度15℃~25℃，相对湿度20%~40%），使得检测前后导线表面状况相同。

在一些实施例中，导线的表面某单一物质的含量与导线的老化程度之间存在对应关系，也可以直接该物质的含量来判断导线的老化程度，例如，导线的老化程度与导线表面铝的含量存在如下表3所示的对应关系，那么可以仅检测铝的含量即可。

表3导线的老化程度与导线表面的铝含量的对应关系表

铝	老化程度
		50%～90%	轻度老化
15%～50%	中度老化
		5%～15%	重度老化

在一些实施例中，用上述两种方法对同一导线进行评估时，还可以将两者得出的老化程度进行比较，然后判断出导线所运行的环境。例如：如果根据粗糙度得出的老化程度更严重，则说明导线运行地区以机械性老化为主（如风沙较大地区等）；如果表面成分得出的老化程度较严重，说明导线运行地区以电腐蚀老化为主（如工业较发达、酸雨教多地区等）。

由上述记载可知，本发明利用表面成分含量和粗糙度参数评价导线表面状态，大大提高了对导线运行状态评估的效率和准确性，为评估导线运行状况和线路长期运行寿命管理提供了一种方便、高效、准确的途径。

在一些实施例中，本发明还提供了另一种输电线路导线表面状态评估系统，包括：

第二检测装置，用于检测导线表面的物质成分；

第二处理装置，用于根据检测装置检测到的导线表面的物质成分含量判断导线的老化程度；

第二输出装置，用于输出第二结果；

比较装置，用于将根据表面粗糙度分析得到的老化程度与根据物质成分分析得到的老化程度进行比较；

判断装置，用于判断导线运行区域的主要老化类型；

第三输出装置，用于输出导线运行区域的主要老化类型。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种输电线路导线表面状态评估方法，其特征在于，包括步骤：

检测所述导线的表面粗糙度；

根据所述导线的表面粗糙度判断所述导线的老化程度。

2. 根据权利要求1所述的输电线路导线表面状态评估方法，其特征在于，所述输电线路导线的表面粗糙度以所述导线的轮廓算术平均偏差 Ra表征。

3. 根据权利要求2所述的输电线路导线表面状态评估方法，其特征在于，根据检测到的表面粗糙度判断所述输电线路导线的老化程度的步骤是：

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差 Ra为2～8μm时，所述输电线路导线轻度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差 Ra为8～16μm时，所述输电线路导线中度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术平均偏差 Ra为16～30μm时，所述输电线路导线重度老化。

4. 根据权利要求1所述的输电线路导线表面状态评估方法，其特征在于，所述输电线路导线的表面粗糙度以所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差 Rq表征。

5. 根据权利要求4所述的输电线路导线表面状态评估方法，其特征在于，根据检测到的表面粗糙度判断所述输电线路导线的老化程度的步骤是：

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差 Rq为3～12μm时，所述输电线路导线轻度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差 Rq为12～22μm时，所述输电线路导线中度老化；

当所述输电线路导线的轮廓算术均方根偏差 Rq为22～35μm时，所述输电线路导线重度老化。

6. 一种输电线路导线表面状态评估系统，其特征在于，包括：

检测装置，用于检测所述导线的表面粗糙度；以及

处理装置，用于根据所述检测装置检测到的所述导线的表面粗糙度判断所述导线的老化程度。

7. 根据权利要求6所述的输电线路导线表面状态评估系统，其特征在于，还包括：

另一检测装置，用于检测所述导线表面的物质成分；

另一处理装置，用于根据所述检测装置检测到的导线表面物质成分含量判断所述导线的老化程度；

比较装置，用于将根据表面粗糙度分析得到的老化程度与根据物质成分分析得到的老化程度进行比较；以及

判断装置，用于判断所述导线运行区域的主要老化类型。

8. 根据权利要求7所述的输电线路导线表面状态评估系统，其特征在于，还包括第一输出装置，用于输出根据表面粗糙度分析得到的老化程度。

9. 根据权利要求8所述的输电线路导线表面状态评估系统，其特征在于，还包括第二输出装置，用于输出根据物质成分分析得到的老化程度。

10. 根据权利要求7-9任一项所述的输电线路导线表面状态评估系统，其特征在于，还包括第三输出装置，用于输出所述导线运行区域的主要老化类型。

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