CN105928478A - 拟建架空输电线路覆冰监测方法 - Google Patents

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CN105928478A CN201610541544.8A CN201610541544A CN105928478A CN 105928478 A CN105928478 A CN 105928478A CN 201610541544 A CN201610541544 A CN 201610541544A CN 105928478 A CN105928478 A CN 105928478A
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Abstract

本发明公开了一种拟建架空输电线路覆冰监测方法，包括以下步骤：A、获取风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)、模拟导线离地高度h导线(m)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)；B、通过公式联立，计算得出模拟导线上的实际覆冰重量G冰(g)；C、模拟导线上的标准冰厚B0(mm)为：能精确测出拟建架空输电线路模拟导线上的标准冰厚，能为输电线路设计提供合理准确的冰区量级及其它设计气象条件。

Description

拟建架空输电线路覆冰监测方法
技术领域
本发明涉及架空输电线路导线覆冰监测领域，尤其涉及一种拟建架空输电线路覆冰监测方法。
背景技术
当今经济模式下，电力作为支撑经济发展最重要的能源，越来越成为国民经济建设中的重中之重，由于用电量逐年增大，输电业也越来越趋于远程化，复杂化；特别是输电通道越来越复杂，而影响输电线路运行安全的一个重要因素就是导线覆冰问题。
在高海拔重、特重冰区，影响覆冰量级的主要气象因素有风向、风速、温度和湿度；而在高海拔山区环境下，覆冰受地形地貌影响较大，特别是不同微地形对覆冰量级有直接影响，而引起不同微地形覆冰量级差别巨大的关键因素就是风向和风速，在温度、湿度相同的情况下，风速越大，单位时间内覆着在导线上的过冷却水滴数量越多，覆冰增长速度越快，覆冰量级越大，特别是在高海拔重、特重冰区，在大部分覆冰过程中，覆冰量级与风速成正比，即当覆冰量级越大，风速产生的风荷载对覆冰重量读数绝对值影响越大。
目前，对架空输电线路覆冰问题的认识还远远不能满足电网发展的要求，由于导线覆冰问题十分复杂，因此，电力设计单位在易覆冰地区陆续采取沿规划的输电线路走廊建立人工观冰站点的方法采集覆冰数据，但建立人工观冰站点存在以下问题：
①受交通环境及地理条件制约造成站点布设代表性不足：人工观测只能选择一些冬季具备生活条件的地方，而输电线路大多位于无人区，微地形复杂，覆冰较重，冬季观测人员无法到达。
②人工观测成本较高，需要专业覆冰观测人员冬季覆冰期长期驻守观冰站，还需后勤等相关部门配合；
③危险性高，因为观冰站往往冬季冰天雪地，且人烟稀少，地形复杂，常易发生安全性事故。
CN101701842A公开了一种架空输电线路覆冰的模拟导线实时监测方法及系统，该方法通过在架空输电线路杆塔上安装与线路导线同型号、同材质的一段模拟导线；在模拟导线上设有用于测量模拟导线重量的测量量头，将各种类型及不同断面外形的覆冰均折算为密度为0.9g/cm3的圆形雨凇断面，然后通过已知的模拟导线外径、测量得到的模拟导线自重和模拟导线覆冰时垂向总荷载运用公式计算出单位长度模拟导线覆冰厚度。该架空输电线路覆冰监测方法用于对已建架空输电线路中的覆冰导线进行实时监测，利用公式计算得出导线覆冰厚度，从而判断综合荷载是否超出导线或杆塔能承受的应力，在未超出导线或杆塔能承受的应力时，及早采取措施，避免因线路覆冰造成跳闸、断线、倒塔等事故，能基本满足电力部门预警、监测的要求。
但是，CN101701842A公开的架空输电线路覆冰的模拟导线实时监测方法没有剔除风荷载等气象因素的影响，其得出的覆冰数据与真实覆冰数据差别较大，测得的覆冰厚度不准确，如果应用于对拟建架空输电线路设计前的覆冰监测，则会造成输电线路设计冰区划分不准确，增加建设投资成本，且对后期的安全运行及维护有重大影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拟建架空输电线路覆冰监测方法，能精确测出拟建架空输电线路模拟导线上的标准冰厚，能为输电线路设计提供合理准确的冰区量级及其它设计气象条件。
本发明解决其技术问题所采用的拟建架空输电线路覆冰监测方法，包括以下步骤：
A、获取风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)、模拟导线离地高度h导线(m)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)；
其中，风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与导线间的水平夹角θ(°)通过设置在拟建架空输电线路上的覆冰监测装置获取；所述覆冰监测装置包括模拟导线、两个拉力传感器、气象监测设备、摄像设备和与摄像设备配套的设置在模拟导线侧的参照物，所述模拟导线通过两个拉力传感器横向悬挂在塔架上，所述摄像设备的摄像头面对模拟导线；风速V风(m/s)、风向与导线间的水平夹角θ(°)通过气象监测设备读取，T1(g)、T2(g)为两个拉力传感器的读数，模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)通过摄像设备和与摄像设备配套的设置在模拟导线侧的参照物获取；
其中，模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)和模拟导线离地高度h导线(m)通过常规测量工具获取；
B、通过以下公式联立，计算得出模拟导线上的实际覆冰重量G冰(g)：
(1)风压W风(N)：W风＝α×w0×μz×μsc×βc×sin2θ×(d导线+2r冰)×L导线；
其中，α为风压不均匀系数，由风速确定：
当V风＜20m/s时，α＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，α＝0.85；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，α＝0.75；当V风≥31.5m/s时，α＝0.7；
w0(N/m2)为基准风压标准值，
μz为风压高度变化系数：h0(m)为气象监测设备离地高度；
μsc为导线体型系数，取值为1.2；
βc为导线风荷载调整系数，当拟建架空输电线路为500千伏和750千伏时，其取值由风速确定：当V风＜20m/s时，βc＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，βc＝1.1；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，βc＝1.2；当V风≥31.5m/s时，βc＝1.3；当拟建架空输电线路为其它电压等级时，βc＝1.0；
(2)模拟导线自重G导线(g)：G导线＝g导线×L导线；
(3)g0(m/s2)为重力加速度；
C、模拟导线上的标准冰厚B0(mm)为：
其中，ρ冰(g/cm3)为标准冰密度。
进一步，所述覆冰监测装置还包括现场监测主机、供电装置、数据传输装置和监控中心；所述气象监测设备监测的气象数据、两个拉力传感器的读数和摄像设备拍摄的图像数据传输到现场监测主机；所述现场监测主机通过数据传输装置与监控中心实现数据传输；所述现场监测主机由供电装置提供工作电源。
进一步，所述供电装置采用太阳能电池组件供电。
进一步，所述气象监测设备采用超声波气象站。
进一步，所述摄像设备背对覆冰时的来风方向，摄像头与模拟导线之间的夹角＝风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)。
进一步，在所述摄像设备的来风方向设置挡风板。
进一步，在所述摄像设备上安装去除镜头上覆冰的加热装置。
进一步，所述数据传输装置通过无线网络或者有线光缆实现数据传输。
进一步，还包括数据传输监测装置和数据传输切换装置，所述数据传输切换装置根据数据传输监测装置监测到的信号切换数据的传输途径。
本发明的有益效果是：本发明的拟建架空输电线路覆冰监测方法，通过设置在拟建架空输电线路上覆冰监测装置，获取模拟导线设置处的风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与导线间的水平夹角θ(°)，并通过常规测量工具测量模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)和模拟导线离地高度h导线(m)，最后通过公式计算得出拟建架空输电线路模拟导线上的标准冰厚，剔除了风荷载因素的影响，能为输电线路设计提供合理准确的冰区量级及其它设计气象条件。
附图说明
图1是本发明的覆冰监测装置结构框图；
图2是本发明的覆冰监测装置安装示意图；
图1～图2中所示：现场监测主机1、拉力传感器2、气象监测设备3、摄像设备4、供电装置5、数据传输装置6、监控中心7、模拟导线8、数据传输切换装置9、数据传输监测装置10、参照物11。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的拟建架空输电线路覆冰监测方法，包括以下步骤：
A、获取风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)、模拟导线离地高度h导线(m)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)；
其中，风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与导线间的水平夹角θ(°)通过设置在拟建架空输电线路上的覆冰监测装置获取；所述覆冰监测装置包括模拟导线、两个拉力传感器、气象监测设备、摄像设备和与摄像设备配套使用的设置在模拟导线侧的参照物，所述模拟导线通过两个拉力传感器横向悬挂在塔架上，所述摄像设备的摄像头面对模拟导线；风速V风(m/s)、风向与导线间的水平夹角θ(°)通过气象监测设备读取，T1(g)、T2(g)为两个拉力传感器的读数，模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)通过摄像设备和与摄像设备配套使用的设置在模拟导线侧的参照物获取；与摄像设备配套使用的设置在模拟导线侧的参照物可以是设置在模拟导线上的直尺，直尺与模拟导线垂直，也可以是其它固定长度的参照物；通过摄像设备拍摄的照片与设置在模拟导线侧的参照物作比较，通过直接读取直尺上的数值或者通过换算最终得出模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)。
其中，模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)和模拟导线离地高度h导线(m)通过常规测量工具获取；
B、通过以下公式联立，计算得出模拟导线上的实际覆冰重量G冰(g)：
(1)风压W风(N)：W风＝α×w0×μz×μsc×βc×sin2θ×(d导线+2r冰)×L导线；
其中，α为风压不均匀系数，由风速确定：
当V风＜20m/s时，α＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，α＝0.85；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，α＝0.75；当V风≥31.5m/s时，α＝0.7；
w0(N/m2)为基准风压标准值，
μz为风压高度变化系数：h0(m)为气象监测设备离地高度；
μsc为导线体型系数，取值为1.2；
βc为导线风荷载调整系数，当拟建架空输电线路为500千伏和750千伏时，其取值由风速确定：当V风＜20m/s时，βc＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，βc＝1.1；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，βc＝1.2；当V风≥31.5m/s时，βc＝1.3；当拟建架空输电线路为其它电压等级时，βc＝1.0；
(2)模拟导线自重G导线(g)：G导线＝g导线×L导线；
(3)g0(m/s2)为重力加速度；
C、模拟导线上的标准冰厚B0(mm)为：
其中，ρ冰为标准冰密度。
其中，模拟导线通过两个拉力传感器横向悬挂在塔架上，与竖向布置相比，其完全模拟架空输电线路的实际布置形式，使得最终的数据更准确；气象监测设备和摄像设备设置在塔架上，优选的，如图2所示，塔架包括两个分支塔架，两个分支塔架相互垂直，方便布置摄像设备，一个分支塔架上的摄像设备的摄像头面对另一个分支塔架的模拟导线；气象监测设备设置在两个分支塔架的连接处的立柱上或者其中一个分支塔架上都可以，只要靠近模拟导线即可。
本发明的拟建架空输电线路覆冰监测方法，通过设置在拟建架空输电线路上覆冰监测装置，获取模拟导线设置处的风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和模拟导线设置处的风向与导线间的水平夹角θ(°)，并通过常规测量工具测量模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)和模拟导线离地高度h导线(m)，最后通过公式计算得出拟建架空输电线路模拟导线上的标准冰厚，剔除了风荷载因素的影响，能为输电线路设计提供合理准确的冰区量级及其它设计气象条件。
进一步的，为了实现远程查看监测数据，作为优选的实施方式，所述覆冰监测装置还包括现场监测主机、供电装置、数据传输装置和监控中心；所述气象监测设备监测的气象数据、两个拉力传感器的读数和摄像设备拍摄的图像数据传输到现场监测主机；所述现场监测主机通过数据传输装置与监控中心实现数据传输；所述现场监测主机由供电装置提供工作电源。监控中心的工作人员利用现场监测主机传来的数据，根据上述公式即可计算得出模拟导线上的标准冰厚；还可以建立专用网站，其他电脑通过互联网访问监测中心的电脑查看和下载数据。
由于大多数拟建架空输电线路均在无人区，在无人区铺设电线为现场监测主机提供电源存在难度，若采用充电电池，则需要定期更换，作为优选的实施方式，所述供电装置采用太阳能电池组件供电；利用太阳能电池组件将太阳能转化成电能为现场监测主机提供电源。
作为优选的实施方式，本实施例中，所述气象监测设备采用超声波气象站，与传统气象仪器相比，超声气象站更加耐用，数据更加可靠。
为了防止摄像设备的摄像头被冰覆盖，影响摄像效果，作为优选的实施方式，所述摄像设备背对覆冰时的来风方向，摄像头与模拟导线之间的夹角＝风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)；进一步的，在所述摄像设备的来风方向设置挡风板；更优选的，在所述摄像设备上安装去除镜头上覆冰的加热装置。
其中，所述数据传输装置通过无线网络或者有线光缆实现数据传输。优选采用无线网路，例如：GPRS。
作为优选的实施方式，还包括数据传输监测装置和数据传输切换装置，所述数据传输切换装置根据数据传输监测装置监测到的信号切换数据的传输途径。数据传输监测装置监测数据传输装置是否正常工作，当数据传输装置的网路出现故障时，数据传输切换装置控制现场监测主机将数据直接存储到与现场监测主机连接的存储设备上，例如移动硬盘或者U盘，当数据传输装置的网路恢复正常时，数据传输切换装置自动控制现场监测主机将数据传输到监控中心。

Claims (9)

1.拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、获取风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)、模拟导线离地高度h导线(m)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)；
其中，风速V风(m/s)、模拟导线覆冰后的重量读数T1(g)﹢T2(g)、模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)和风向与导线间的水平夹角θ(°)通过设置在拟建架空输电线路上的覆冰监测装置获取；所述覆冰监测装置包括模拟导线、两个拉力传感器、气象监测设备、摄像设备和设置在模拟导线侧的参照物，所述模拟导线通过两个拉力传感器横向悬挂在塔架上，所述摄像设备的摄像头面对模拟导线；风速V风(m/s)、风向与导线间的水平夹角θ(°)通过气象监测设备读取，T1(g)、T2(g)为两个拉力传感器的读数，模拟导线实际覆冰厚度r冰(mm)通过摄像设备和设置在模拟导线侧的参照物获取；
其中，模拟导线长度L导线(m)、模拟导线直径d导线(mm)、模拟导线单位长度重量g导线(g/m)和模拟导线离地高度h导线(m)通过常规测量工具获取；
B、通过以下公式联立，计算得出模拟导线上的实际覆冰重量G冰(g)：
(1)风压W风(N)：W风＝α×w0×μz×μsc×βc×sin2θ×(d导线+2r冰)×L导线；
其中，α为风压不均匀系数，由风速确定：
当V风＜20m/s时，α＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，α＝0.85；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，α＝0.75；当V风≥31.5m/s时，α＝0.7；
w0(N/m2)为基准风压标准值，
μz为风压高度变化系数：h0(m)为气象监测设备离地高度；
μsc为导线体型系数，取值为1.2；
βc为导线风荷载调整系数，当拟建架空输电线路为500千伏和750千伏时，其取值由风速确定：当V风＜20m/s时，βc＝1.0；当20m/s≤V风＜27m/s时，βc＝1.1；当27m/s≤V风＜31.5m/s时，βc＝1.2；当V风≥31.5m/s时，βc＝1.3；当拟建架空输电线路为其它电压等级时，βc＝1.0；
(2)模拟导线自重G导线(g)：G导线＝g导线×L导线；
(3)g0(m/s2)为重力加速度；
C、模拟导线上的标准冰厚B0(mm)为：
其中，ρ冰为标准冰密度。
2.如权利要求1所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：所述覆冰监测装置还包括现场监测主机、供电装置、数据传输装置和监控中心；所述气象监测设备监测的气象数据、两个拉力传感器的读数和摄像设备拍摄的图像数据传输到现场监测主机；所述现场监测主机通过数据传输装置与监控中心实现数据传输；所述现场监测主机由供电装置提供工作电源。
3.如权利要求2所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：所述供电装置采用太阳能电池组件供电。
4.如权利要求1至3中任一项所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：所述气象监测设备采用超声波气象站。
5.如权利要求1至4中任一项所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：所述摄像设备背对覆冰时的来风方向，摄像头与模拟导线之间的夹角＝风向与模拟导线间的水平夹角θ(°)。
6.如权利要求5所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：在所述摄像设备的来风方向设置挡风板。
7.如权利要求1至6中任一项所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：在所述摄像设备上安装去除镜头上覆冰的加热装置。
8.如权利要求1至7中任一项所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：所述数据传输装置通过无线网络或者有线光缆实现数据传输。
9.如权利要求1至8中任一项所述的拟建架空输电线路覆冰监测方法，其特征在于：还包括数据传输监测装置和数据传输切换装置，所述数据传输切换装置根据数据传输监测装置监测到的信号切换数据的传输途径。
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