CN105571642B - 一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，首先使用拉线位移传感器、温度传感器、亮度传感器、风速传感器测量输电线与杆塔之间形变的程度、外界温度、覆冰透明度及风速，然后通过处理器综合分析各个传感器测量的数据，以判断是否形成覆冰以及覆冰的形成程度，当覆冰程度超过预先设定的阈值时，触发报警系统，通过ZigBee无线通讯网络将报警信号传输回控制中心。本发明方法相比传统测量方法更加准确可靠，并且不需要改变原有的输电线与杆塔之间的连接，便可快速、方便地进行输电线路的监测。

Description

一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电线路监测的技术领域，尤其是指一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法。

背景技术

恶劣的气象条件经常会导致电力传输线覆冰，覆冰的形成主要由温度、湿度、冷暖空气对流、环流及风等气象因素决定。当空气中的水在4摄氏度或更低的环境中雨输电线表面碰撞时，会发生冻结现象，随着冻结的积累和加剧，就会产生覆冰现象。覆冰加剧时，传输线上的大量覆冰会对杆塔造成额外的负荷重量，从而破坏杆塔结构，严重时甚至可能压垮杆塔，造成大规模停电等电力事故，产生巨大的经济损失。在我国的云南、贵州等省份，由于冬季气候寒冷、潮湿的特性，大气中经常存在大量的过冷却水滴，因此当地的覆冰现象频繁发生。

常规可见的覆冰可分为以下五种：1)雨凇覆冰：该覆冰在低海拔地区常见。当环境温度接近于冰点且风速度较高时，该类型的覆冰较易产生。虽然该类型覆冰的持续时间较短，但与传输线的粘着力强，且冰的密度高、重量大，质地透明；2)混合凇覆冰：当温度在冰点下且风速很高时，传输线上多形成混合淞。该种类型的覆冰粘着力强且多成半透明，覆冰密度虽然不及雨凇覆冰高，但生长速度快，对传输线威胁严重；3)软雾凇：由于山区低层云中含有过冷水滴，在风速较低的环境下易形成该类型覆冰。该类型覆冰成白色不透明状，密度较低，不易粘着于传输线，多在轻微震动时自行脱离传输线，威胁较低；4)白霜：冷湿空气在传输线表面凝合形成的轻微覆冰，对传输线基本不造成威胁；5)白雪：传输线上轻微积雪，对传输线基本不造成威胁。综上所述，传输线仅在空气湿度较高的情况下易形成覆冰，覆冰的类型主要由湿度、风速决定，通过对覆冰的成色的识别可以对覆冰进行分类。对传输线造成严重威胁的覆冰，多出现于严冬和春季，特别是当温度下降至-5至0摄氏度，且风速为3-15米每秒阶段，此时若出现大雾及降雨过程，则会在传输线上产生雨凇，若天气骤然变冷，或出现雨雪、冻雨天气，则形成混合淞覆冰，损毁传输线和杆塔。

传统的覆冰监测方法多基于单一的拉力位移传感器对覆冰的重量进行检测，即覆冰形成后，测量传感器两侧的拉力由于覆冰的质量造成的变化。此类型的检测方法主要存在以下的缺点：1)破坏原有杆塔与输电线之间的连接：杆塔与输电线的连接部分由严格验证的工程设计进行保障，然而切割开杆塔与输电线之间的连接而安装覆冰监测装置，将破坏原有的工程而造成潜在的威胁；2)仅依靠质量检测覆冰造成报警延迟：混合淞覆冰形成速度很快，然而当拉力位移传感器感应到输电线质量发生变化时，往往覆冰已经开始积累，在极短的时间内覆冰的重量就足以破坏杆塔的结构；3)维修复杂：长期的大质量传输线对拉力位移传感器会持续造成损耗，因此拉力位移传感器在长期的使用过程中易损坏。若拉线传感器损坏，其维修过程极其复杂，需要将输电线再次从杆塔上剥离并更换拉线传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多传感器测量、精度高的电力系统输电线路覆冰监测方法，能够有效的解决输电线路覆冰监测的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，首先，使用拉线位移传感器、温度传感器、亮度传感器、风速传感器测量输电线与杆塔之间形变的程度、外界温度、覆冰透明度及风速，然后通过处理器综合分析各个传感器测量的数据，以判断是否形成覆冰以及覆冰的形成程度，当覆冰程度超过预先设定的阈值时，触发报警系统，通过ZigBee无线通讯网络将报警信号传输回控制中心；其分析处理过程如下：

当温度传感器检测环境温度低于预设阈值之后，设立判据1成立，判据1用于区别覆冰垂吊与夏季时温度上升造成的输电线延长形变；当风速传感器检测风速高于预设阈值时，设立判据2成立，判据2用于区别覆冰垂吊与白雪积累，白雪积累的过程中风速较低，而雨凇和混合凇形成的过程中风速度较高；当拉线位移传感器检测的数据大于预设阈值时，设立判据3成立，判据3用于识别传输线位移的程度，若覆冰开始形成，其重量拉动传输线开始位移，如果位移超过预设程度后，则威胁到杆塔结构；当判据1、2、3同时成立时，启用亮度传感器，该亮度传感器用于区分覆冰形成前期的雨凇覆冰与破坏性的混合凇覆冰；若亮度传感器检测到亮度低于预设值，则判断为当前时间为夜晚，并且覆冰已经形成的概率极高，此时便启动报警功能；若亮度传感器检测到亮度高于预设值，则判断为雨凇覆冰形成，预报覆冰形成，待拉线位移传感器超过预设阈值，该阈值高于判据3设定的阈值，再进行报警；若亮度传感器检测到亮度为中间数值时，则判断为混合凇覆冰已经形成，启动报警功能。

所述拉线位移传感器安装在杆塔的固定位置上，不产生位移，其拉线需要缚在移动物体上，即随覆冰而产生位移的输电线或与输电线连接的元件上，拉线位移传感器的内部具有一个弹簧，以保证拉线的张紧度不变；在整个覆冰积累的过程中，杆塔与拉线位移传感器束缚于移动物体之间的距离发生变化，拉线伸展和收缩；所述拉线位移传感器通过带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉线移动距离成比例的电信号，最后经处理器对输出的电信号进行相应处理即可得出运动移动物体的位移；在单一杆塔上，采用两个拉线位移传感器同时测量双向传输线覆冰形成程度，且每隔一个杆塔安装一个ZigBee网络数传模块，多个ZigBee网络数传模块组成通信网络，当部分杆塔上的ZigBee网络数传模块失效时，其它ZigBee网络数传模块能够自动重组网络，以便分析结果仍然能够传送回控制中心。

所述温度传感器采用接触式温度传感器，利用其自身阻值随温度变化的规律把温度转换为电信号，主要用于测量附近空气的温度。

所述亮度传感器主要用于感应外界环境的亮度，其内部的光敏材料能够将亮度转换成电信号，该亮度传感器直接暴露于外部或通过透明元件与外界隔离。

所述风速传感器采用超声波风速传感器，其原理是利用超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加，若超声波的传播方向与风向相同，其速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，其速度会变慢；在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度能够与风速函数对应，因此，通过计算即可得到精确的风速和风向。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明方法使用多传感器测量，不用改变原输电线与杆塔之间的连接，便可快速、方便地进行输电线路的监测，该法使用多传感器逻辑判据报警速度快，可确保检测结果的准确性，而且后期方便维护，数据无线传输可自组网将分析结果传送回控制中心，方便控制中心进行监测管理。

附图说明

图1为本发明的拉线位移传感器安装示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，具体是：首先，使用拉线位移传感器、温度传感器、亮度传感器、风速传感器测量输电线与杆塔之间形变的程度、外界温度、覆冰透明度及风速，然后通过处理器综合分析各个传感器测量的数据，以判断是否形成覆冰以及覆冰的形成程度，当覆冰程度超过预先设定的阈值时，触发报警系统，通过ZigBee无线通讯网络将报警信号传输回控制中心。其分析处理过程如下：

当温度传感器检测环境温度低于预设阈值之后，设立判据1成立，判据1用于区别覆冰垂吊与夏季时温度上升造成的输电线延长形变；当风速传感器检测风速高于预设阈值时，设立判据2成立，判据2用于区别覆冰垂吊与白雪积累，白雪积累的过程中风速较低，而雨凇和混合凇形成的过程中风速度较高；当拉线位移传感器检测的数据大于预设阈值时，设立判据3成立，判据3用于识别传输线位移的程度，若覆冰开始形成，其重量拉动传输线开始位移，如果位移超过预设程度后，则威胁到杆塔结构；当判据1、2、3同时成立时，启用亮度传感器，该亮度传感器用于区分覆冰形成前期的雨凇覆冰与破坏性的混合凇覆冰；若亮度传感器检测到亮度低于预设值，则判断为当前时间为夜晚，并且覆冰已经形成的概率极高，此时便启动报警功能；若亮度传感器检测到亮度高于预设值，则判断为雨凇覆冰形成，预报覆冰形成，待拉线位移传感器超过预设阈值，该阈值高于判据3设定的阈值，再进行报警；若亮度传感器检测到亮度为中间数值时，则判断为混合凇覆冰已经形成，启动报警功能。

拉线位移传感器安装在固定位置上(即杆塔或绝缘子等于杆塔主体不产生位移的部分)，其拉线需要缚在移动物体上(即随覆冰而产生位移的输电线或与输电线连接的元件)，拉线位移传感器的内部具有一个弹簧，以保证拉线的张紧度不变；在整个覆冰积累的过程中，杆塔与拉线位移传感器束缚于移动物体之间的距离发生变化，拉线伸展和收缩；所述拉线位移传感器通过带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉线移动距离成比例的电信号，最后经处理器对输出的电信号进行相应处理即可得出运动移动物体的位移。本发明方法在单一杆塔上，采用两个拉线位移传感器(引出两个拉线位移传感器的拉线)同时测量双向传输线覆冰形成程度，如图1所示，这种单杆双向测量更加准确，对于覆冰形成程度相比传统方法更加可靠灵活，且每隔一个杆塔安装一个ZigBee网络数传模块，多个ZigBee网络数传模块组成通信网络，各ZigBee网络数传模块的通信传输距离可覆盖四个杆塔，每个网络节点间的距离通过放大增益可扩展到最高1.6公里，并且每隔一个杆塔安装可以节约成本并减少设备故障概率，当部分杆塔上的ZigBee网络数传模块失效时，其它ZigBee网络数传模块能够自动重组网络，以便分析结果仍然能够传送回控制中心。

温度传感器利用其自身阻值随温度变化的规律把温度转换为电信号。在此方法中所采用的温度传感器为接触式温度传感器，主要用于测量附近空气的温度，其检测部分与外部需要有良好的隔离。由于覆冰形成的类型在很大程度上由气温的变化过程决定。因此在形成的过程中，通过温度传感器测量大气的温度能够有效的协助判断覆冰的类型及严重程度。

亮度传感器主要用于感应外界环境的亮度，其内部的光敏材料能够将亮度转换成电信号。在此方法中，该传感器直接暴露于外部或通过透明元件与外界隔离，因此能够直接检测外部的亮度。

传统的机械型风速传感器在被覆冰覆盖后会停止转动，因此本方法中采用的是超声波风速传感器。其原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，其速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，其速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大，因此本方法中风速传感器检测两个通道上的两个相反方向，温度对声波速度产生的影响可以相互抵消。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，其特征在于：首先，使用拉线位移传感器、温度传感器、亮度传感器、风速传感器测量输电线与杆塔之间形变的程度、外界温度、覆冰透明度及风速，然后通过处理器综合分析各个传感器测量的数据，以判断是否形成覆冰以及覆冰的形成程度，当覆冰程度超过预先设定的阈值时，触发报警系统，通过ZigBee无线通讯网络将报警信号传输回控制中心；其分析处理过程如下：

当温度传感器检测环境温度低于预设阈值之后，设立判据1成立，判据1用于区别覆冰垂吊与夏季时温度上升造成的输电线延长形变；当风速传感器检测风速高于预设阈值时，设立判据2成立，判据2用于区别覆冰垂吊与白雪积累，白雪积累的过程中风速较低，而雨凇和混合凇形成的过程中风速度较高；当拉线位移传感器检测的数据大于预设阈值时，设立判据3成立，判据3用于识别传输线位移的程度，若覆冰开始形成，其重量拉动传输线开始位移，如果位移超过预设程度后，则威胁到杆塔结构；当判据1、2、3同时成立时，启用亮度传感器，该亮度传感器用于区分覆冰形成前期的雨凇覆冰与破坏性的混合凇覆冰；若亮度传感器检测到亮度低于预设值，则判断为当前时间为夜晚，并且覆冰已经形成的概率极高，此时便启动报警功能；若亮度传感器检测到亮度高于预设值，则判断为雨凇覆冰形成，预报覆冰形成，待拉线位移传感器超过预设阈值，该阈值高于判据3设定的阈值，再进行报警；若亮度传感器检测到亮度为中间数值时，则判断为混合凇覆冰已经形成，启动报警功能。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，其特征在于：所述拉线位移传感器安装在杆塔的固定位置上，不产生位移，其拉线需要缚在移动物体上，即随覆冰而产生位移的输电线或与输电线连接的元件上，拉线位移传感器的内部具有一个弹簧，以保证拉线的张紧度不变；在整个覆冰积累的过程中，杆塔与拉线位移传感器束缚于移动物体之间的距离发生变化，拉线伸展和收缩；所述拉线位移传感器通过带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉线移动距离成比例的电信号，最后经处理器对输出的电信号进行相应处理即可得出运动移动物体的位移；在单一杆塔上，采用两个拉线位移传感器同时测量双向传输线覆冰形成程度，且每隔一个杆塔安装一个ZigBee网络数传模块，多个ZigBee网络数传模块组成通信网络，当部分杆塔上的ZigBee网络数传模块失效时，其它ZigBee网络数传模块能够自动重组网络，以便分析结果仍然能够传送回控制中心。

3.根据权利要求1所述的一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，其特征在于：所述温度传感器采用接触式温度传感器，利用其自身阻值随温度变化的规律把温度转换为电信号，主要用于测量附近空气的温度。

4.根据权利要求1所述的一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，其特征在于：所述亮度传感器主要用于感应外界环境的亮度，其内部的光敏材料能够将亮度转换成电信号，该亮度传感器直接暴露于外部或通过透明元件与外界隔离。

5.根据权利要求1所述的一种电力系统输电线路覆冰高精度监测方法，其特征在于：所述风速传感器采用超声波风速传感器，其原理是利用超声波时差法来实现风速的测量；声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加，若超声波的传播方向与风向相同，其速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，其速度会变慢；在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度能够与风速函数对应，因此，通过计算即可得到精确的风速和风向。