CN109360372A - 一种绝缘子覆冰预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘子覆冰预警方法，在输电线路及杆塔上工作绝缘子串安装的相近位置，放置长度及材料完全相同的观察绝缘子串；当气象监测装置监测到环境温度低于0℃，相对湿度大于85％，力传感器记录此时的观察绝缘子串垂直方向的力F₁；通过安装的摄像头拍摄线路上工作的绝缘子串，当工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁，不同杆塔和线路上观察绝缘子串覆冰过程中的气候条件及覆冰速度被上传预警中心数据库；观察绝缘子串垂直方向的力F₁，经过t₁时间垂直方向的力为F₁+ΔF₂这段时间内，预警中心结合杆塔安装的摄像头拍摄线路上工作的绝缘子串、导线或杆塔覆冰图像等信息，决定是否派工人来进行检查和扫冰等工作。

Description

一种绝缘子覆冰预警方法

技术领域

本发明属于电力设备外绝缘监测和防护技术领域，涉及输电线路绝缘子覆冰预警，具体涉及一种绝缘子覆冰预警方法。

背景技术

绝缘子作为固定及支撑输电线的绝缘体，是输电线安全可靠地对电能进行远距离传输过程中必不可少的重要元件。对于高电压等级的输电线，如220kV，500kV输电线路的杆塔一般都需要架设在偏远的大山、高海拔地区。这些地区的气候条件恶劣，环境湿度大，温度常年较低，输电线上的绝缘子串很容易覆冰。由于绝缘子表面覆冰之后，其绝缘性能其有效爬电距离大大的减小，容易导致绝缘子发生冰闪，严重影响电网的安全可靠运行。同时现有的绝缘子覆冰预警方法单纯地使用称重法或者视频监测法，过程比较复杂而且效果不好，受环境影响大，忽略了历史数据中绝缘子串覆冰的信息特点。因此有必要提出一种绝缘子覆冰预警方法，让预警中心能够清楚地了解绝缘子串在不同环境中的覆冰情况、覆冰速度等信息，能够在输电线路上的工作绝缘子覆冰厚度达到冰闪事故之前，进行有效预警，让电网工作人员能够及时对覆冰进行处理，从而提高电网的可靠性。

发明内容

为解决现有技术存在的以上问题，确保高寒、高海拔地区水电站输电线路的运行安全，本发明公开了一种绝缘子覆冰预警方法。

为实现上述发明目的，本发明具体采用以下技术方案。

一种绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

通过在在输电线路杆塔上工作绝缘子串安装的附近位置观察绝缘子，根据观察绝缘子的状态对工作绝缘子的覆冰情况进行预警。

一种绝缘子覆冰预警方法，其特征在于，所述绝缘子覆冰预警方法包括如下步骤：

步骤一，在输电线路杆塔上工作绝缘子串安装的附近位置，放置长度及材料完全相同的观察绝缘子串，其安装方式及方向角度与输电线路线路杆塔上工作的绝缘子串相同，观察绝缘子串与拉力传感器相连；

步骤二，当气象监测装置监测到环境温度低于0℃，相对湿度大于湿度阈值时，拉力传感器测量并记录此时的观察绝缘子串垂直方向的力F₁；

步骤三，通过安装的摄像头拍摄线路上工作的绝缘子串，当工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，拉力传感器记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁，不同杆塔和线路上观察绝缘子串覆冰过程中的气候条件及覆冰速度被上传预警中心数据库；

步骤四，工作人员来对发生冰闪的工作绝缘子串进行清扫、更换，然后对观察绝缘子串进行清扫，直到观察绝缘子串垂直方向的力恢复为F₁；

步骤五，监测观察绝缘子串垂直方向的力F₁，经过某t₁时间，当垂直方向的力为F₁+ΔF₂时，预警中心结合覆冰增长速率、气象条件信息，发出报警信号，判断是否派工人来进行检查和除冰。

本发明进一步包括以下优选方案。

在步骤一中，每隔设定间距，选取一输电线路杆塔安装观察绝缘子。

每隔设定间距后，优选高山、丛林、跨越河流或山谷处的杆塔安装观察绝缘。

所述设定间隔为1000-2000米。

在步骤一中，将观察绝缘子串安装在原有工作绝缘子串的四周任意位置。

用绝缘支架将观察绝缘子固定在输电线路杆塔上，观察绝缘子的倾斜角度与输电线路上工作绝缘子串的倾斜角度差在设定范围内，并且绝缘子串的片数、材料、安装的方向；其中，所述设定范围是指角度差在5°以内。

所述绝缘支架包括横向硬质绝缘杆1、支撑架2、两根纵向硬质绝缘伸缩杆3；

所述横向硬质绝缘杆1的一端固定在杆塔上，绝缘支架的两条支撑架2的一端分别固定在杆塔的不同位置，另一端连接在一起，固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1上的某个位置下边缘，支撑横向硬质绝缘杆1；两根纵向硬质绝缘伸缩杆3的一端分别固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1的不同位置，另一端分别通过各自的拉力传感器4连接在观察绝缘子串5的两端，通过控制硬质绝缘伸缩杆的伸缩长度实现观察绝缘子串5倾斜角度控制，两个拉力传感器的拉力只和为观察绝缘子串的力之和为垂直方向的力F₁。

在步骤二中，所述湿度阈值为相对湿度85％。

在步骤三中，所述摄像头安装在输电线路杆塔上，并且能够正面拍摄工作绝缘子串，在摄像头捕捉到工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，触动拉力传感器记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁并上传至预警中心。

当工作绝缘子发生冰闪后，还需要将覆冰观察过程中周围天气情况、以及在该天气情况下的每小时的覆冰速度、覆冰质量为多少时发生绝缘子串发生冰闪等一起上传到预警中心数据库。

在步骤五中，ΔF₂<ΔF₁，

ΔF₂按照下式(1)确定：

ΔF₂＝ΔF₁-ΔF_v1t₂ (1)

其中，t₂为从预警中心派工人到现场完成除冰工作的预防措施反应时间，ΔF_v1为每小时的覆冰增长速率。

其中，每小时的覆冰增长速率ΔF_v1，根据数据库中存储的相同或相似天气情况下的每小时的覆冰速度确定；若式中ΔF_v1每个小时的覆冰速度不相同，则覆冰量按照每小时间隔计算汇总，得到ΔF₂的计算公式(2)：

ΔF₂＝ΔF₁-∑ΔF_v1×1h (2)；

其中1h为1小时。

若环境温度T和相对湿度RH与数据库中所存储的历史数据不同时，需要对ΔF₂的值进行修正：

△F₂＝△F₁－k_a×k_b×∑△F_v1×1h (3)

其中，k_a为温度修正系数，k_b为湿度修正系数；

-5℃≤T＜0℃时，k_a＝1；

-10℃≤T＜-5℃时，k_a＝1.15；

-20℃≤T＜-10℃时，k_a＝1.25；

T＜-20℃时，k_a＝1.3；

85％≤RH＜90％时，k_b＝1；

RH＞90％时，k_b＝1.3。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明具有以下特点：

1.通过从以往发生冰闪的案例中，搜集其气候条件、覆冰速度、发生冰闪时的覆冰质量等信息形成数据库，当数据库较完备以后，就可以通过将待预警的观察绝缘子串与历史数据库进行比对，从而找出类似的观察绝缘子进行覆冰预测，进而实现线路上工作绝缘子的覆冰预警，无需在实验室进行实验操作，操作简单。

2.将线路上不好直接通过称重法测量的工作绝缘子串，转化成通过条件相似的观察绝缘子串上的覆冰预测，进而实现工作绝缘子的覆冰预警，只需要测量观察绝缘子串及覆冰拉力，测量值不受输电线因覆冰的重量变化和风速变化的影响，与现有的通过线路称重法相比，有效性与准确性大大提高。

3.拉力传感器与摄像头结合使用，互补了各自方法的缺点，同时可以在彼此出现故障时，保证覆冰预警还能运行，提高了可靠性。

附图说明

图1是本发明一种绝缘子覆冰预警方法的流程图。

图2是本发明带有倾斜角度的观察绝缘子串所用的绝缘支架结构示意图。

图中标记；1、绝缘支架的横向硬质绝缘杆，2、绝缘支架的支撑架，3、纵向硬质绝缘伸缩杆，4、拉力传感器，5、观察绝缘子串。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提出的一种绝缘子覆冰预警方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

参见图1，一种绝缘子覆冰预警方法，主要通过五个步骤来完成：

步骤一，在输电线路及杆塔上工作绝缘子串安装的相近位置，放置长度及材料完全相同的观察绝缘子串，其安装方式及方向角度与线路上工作的绝缘子串基本相同，观察绝缘子串与力传感器相连；

在步骤一中，每隔设定间距，选取一输电线路杆塔安装观察绝缘子。每隔设定间距后，优选高山、丛林、跨越河流或山谷处的杆塔安装观察绝缘。

在本申请的优选实施例中，所述设定间隔为1000-2000米。

可以将观察绝缘子串安装在原有工作绝缘子串的四周任意位置。

用绝缘支架将观察绝缘子固定在输电线路杆塔上，观察绝缘子的倾斜角度与输电线路上工作绝缘子串的倾斜角度差在设定范围内，并且绝缘子串的片数、材料、安装的方向；其中，所述设定范围是指角度差在5°以内。

如附图2所示，所述绝缘支架包括横向硬质绝缘杆1、支撑架2、两根纵向硬质绝缘伸缩杆3；所述横向硬质绝缘杆1的一端固定在杆塔上，绝缘支架的两条支撑架2的一端分别固定在杆塔的不同位置，另一端连接在一起，固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1上的某个位置下边缘，支撑横向硬质绝缘杆1；两根纵向硬质绝缘伸缩杆3的一端分别固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1的不同位置，另一端分别通过各自的拉力传感器4连接在观察绝缘子串5的两端，通过控制硬质绝缘伸缩杆的伸缩长度实现观察绝缘子串5倾斜角度控制，两个拉力传感器的拉力只和为观察绝缘子串的力之和为垂直方向的力F₁。

步骤二，当气象监测装置监测到环境温度低于0℃，相对湿度大于85％，力传感器记录此时的观察绝缘子串垂直方向的力F₁；

步骤三，通过安装的摄像头拍摄线路上工作的绝缘子串，当工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，力传感器记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁，不同杆塔和线路上观察绝缘子串覆冰过程中的气候条件及覆冰速度被上传预警中心数据库；

在步骤三中，所述摄像头安装在输电线路杆塔上，并且能够正面拍摄工作绝缘子串，在摄像头捕捉到工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时。每个观察绝缘子在安装过程中需要将观察绝缘子串的片数、材料、安装的方向及倾斜角度等，连同在覆冰观察过程中周围天气情况(湿度、温度、风速等)、以及在该天气情况下的每小时的覆冰速度、覆冰质量为多少时发生绝缘子串发生冰闪等一起上传到预警中心数据库。

步骤四，工作人员来对工作绝缘子串进行清扫、更换等维护，然后对观察绝缘子串进行清扫，观察绝缘子串垂直方向的力恢复为F₁；

步骤五，数据库包含不同杆塔及线路上的覆冰及冰闪情况后，观察绝缘子串垂直方向的力F₁，经过t₁时间垂直方向的力为F₁+ΔF₂这段时间内，预警中心结合覆冰增长速率、气象条件信息，发出报警信号，判断是否派工人来进行检查和除冰。

ΔF₂<ΔF₁，ΔF₂的值设定根据数据库收集到的不同杆塔及线路在历史气象数据下的覆冰情况，垂直方向的力为F₁+ΔF₂以后的天气预报的值，以及预警中心派工人到现场的反应时间决定。在历史数据库中，检索与待预警的观察绝缘子垂直方向的力同为F₁+ΔF₂前后，覆冰速度及天气情况最相近的同类型、同片数、倾斜角度相差不大的观察绝缘子，取其垂直方向的力为F₁+ΔF₂以后，每小时的覆冰增长速率ΔF_v1作为待预警的观察绝缘子垂直方向的力同为F₁+ΔF₂以后的覆冰速度的预测值。也就是对于同类型、同片数、倾斜角度相差不大的观察绝缘子，取覆冰速度和环境条件最相似条件下的历史值作为待预警的覆冰速度的预测值。则从t₁时间再经过时间具备发生冰闪的可能性，t₂为预警中心派工人到现场完成除冰等工作的预防措施反应时间。不同预警中心对式中t₂可以根据以往的完成预防措施的反应时间设定，因此t₂作为已知量，同时可以得到ΔF₂＝ΔF₁-ΔF_v1t₂,由于式中ΔF_v1每个小时的覆冰速度可能不相同，由历史数据可知是已知量，得到修正方程ΔF₂＝ΔF₁-∑ΔF_v1×1h，所以ΔF₂可以求出。

若环境温度T和相对湿度RH与数据库中所存储的历史数据不同时，需要对ΔF₂的值进行修正：

△F₂＝△F₁－k_a×k_b×∑△F_v1×1h (3)

其中，k_a为温度修正系数，k_b为湿度修正系数；

-5℃≤T＜0℃时，k_a＝1；

-10℃≤T＜-5℃时，k_a＝1.15；

-20℃≤T＜-10℃时，k_a＝1.25；

T＜-20℃时，k_a＝1.3；

85％≤RH＜90％时，k_b＝1；

RH＞90％时，k_b＝1.3。

参见图2，在观察绝缘子串实际用于覆冰报警的过程中，带有倾斜角度的观察绝缘子串根据实际情况，用绝缘支架固定在原有工作绝缘子串的四周任意位置，倾斜角度与线路上的绝缘子串大体一致；若观察绝缘子串的位置在原有工作绝缘子串的上或下侧时，观察绝缘子串在两条工作绝缘子串的空隙中间的正上或下侧，减小相互之间的影响。带有倾斜角度的观察绝缘子串所用的绝缘支架，绝缘支架的横向硬质绝缘杆1的一端固定在杆塔上，绝缘支架的两条支撑架2的一端分别固定在杆塔的不同位置，另一端连接在一起，固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1上的某个位置下边缘，支撑横向硬质绝缘杆1；两根纵向硬质绝缘伸缩杆3的一端分别固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆1的不同位置，另一端分别通过各自的拉力传感器4连接在观察绝缘子串5的两端，通过控制伸缩长度实现观察绝缘子串5倾斜角度控制。当气象监测装置监测到环境温度低于0℃，相对湿度大于85％，两个力传感器记录此时的绝缘子串的力之和为F₁，经过t₁时间垂直方向的力和为F₁+ΔF₂时，力传感器发出报警信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

通过在在输电线路杆塔上工作绝缘子串安装的附近位置观察绝缘子，根据观察绝缘子的状态对工作绝缘子的覆冰情况进行预警。

2.一种绝缘子覆冰预警方法，其特征在于，所述绝缘子覆冰预警方法包括如下步骤：

步骤一，在输电线路杆塔上工作绝缘子串安装的附近位置，放置长度及材料完全相同的观察绝缘子串，其安装方式及方向角度与输电线路线路杆塔上工作的绝缘子串相同，观察绝缘子串与拉力传感器相连；

步骤二，当气象监测装置监测到环境温度低于0℃，相对湿度大于湿度阈值时，拉力传感器测量并记录此时的观察绝缘子串垂直方向的力F₁；

步骤三，通过安装的摄像头拍摄线路上工作的绝缘子串，当工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，拉力传感器记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁，不同杆塔和线路上观察绝缘子串覆冰过程中的气候条件及覆冰速度被上传预警中心数据库；

步骤四，工作人员来对发生冰闪的工作绝缘子串进行清扫、更换，然后对观察绝缘子串进行清扫，直到观察绝缘子串垂直方向的力恢复为F₁；

步骤五，监测观察绝缘子串垂直方向的力F₁，经过某t₁时间，当垂直方向的力为F₁+ΔF₂时，预警中心结合覆冰增长速率、气象条件信息，对工作绝缘子的覆冰状态发出报警信号，判断是否派工人来进行检查和除冰。

3.根据权利要求2所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

在步骤一中，每隔设定间距，选取一输电线路杆塔安装观察绝缘子。

4.根据权利要求3所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

每隔设定间距后，优选高山、丛林、跨越河流或山谷处的杆塔安装观察绝缘。

5.根据权利要求4所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

所述设定间隔为1000-2000米。

6.根据权利要求1或5所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

在步骤一中，将观察绝缘子串安装在原有工作绝缘子串的四周任意位置。

7.根据权利要求6所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

用绝缘支架将观察绝缘子固定在输电线路杆塔上，观察绝缘子的倾斜角度与输电线路上工作绝缘子串的倾斜角度差在设定范围内，并且绝缘子串的片数、材料、安装的方向；其中，所述设定范围是指角度差在5°以内。

8.根据权利要求7所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

所述绝缘支架包括横向硬质绝缘杆(1)、支撑架(2)、两根纵向硬质绝缘伸缩杆(3)；

所述横向硬质绝缘杆(1)的一端固定在杆塔上，绝缘支架的两条支撑架(2)的一端分别固定在杆塔的不同位置，另一端连接在一起，固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆(1)上的某个位置下边缘，支撑横向硬质绝缘杆(1)；两根纵向硬质绝缘伸缩杆(3)的一端分别固定在绝缘支架的横向硬质绝缘杆(1)的不同位置，另一端分别通过各自的拉力传感器(4)连接在观察绝缘子串(5)的两端，通过控制硬质绝缘伸缩杆的伸缩长度实现观察绝缘子串(5)倾斜角度控制，两个拉力传感器的拉力只和为观察绝缘子串的力之和为垂直方向的力F₁。

9.根据权利要求2或8所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

在步骤二中，所述湿度阈值为相对湿度85％。

10.根据权利要求2所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

在步骤三中，所述摄像头安装在输电线路杆塔上，并且能够正面拍摄工作绝缘子串，在摄像头捕捉到工作绝缘子串第一次发生冰闪现象时，触动拉力传感器记录此时的观察绝缘子串的垂直方向的力为F₁+ΔF₁并上传至预警中心。

11.根据权利要求2、8或10所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

当工作绝缘子发生冰闪后，还需要将覆冰观察过程中周围天气情况、以及在该天气情况下的每小时的覆冰速度、覆冰质量为多少时发生绝缘子串发生冰闪等一起上传到预警中心数据库。

12.根据权利要求11所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

在步骤三中，ΔF₂<ΔF₁，

ΔF₂按照下式(1)确定：

ΔF₂＝ΔF₁-ΔF_v1t₂ (1)

其中，t₂为从预警中心派工人到现场完成除冰工作的预防措施反应时间，ΔF_v1为每小时的覆冰增长速率。

13.根据权利要求12所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

其中，每小时的覆冰增长速率ΔF_v1，根据数据库中存储的相同或相似天气情况下的每小时的覆冰速度确定；若式中ΔF_v1每个小时的覆冰速度不相同，则覆冰量按照每小时间隔计算汇总，得到ΔF₂的计算公式(2)：

ΔF₂＝ΔF₁-∑ΔF_v1×1h (2)；

其中1h为1小时。

14.根据权利要求13所述的绝缘子覆冰预警方法，其特征在于：

若环境温度T和相对湿度RH与数据库中所存储的历史数据不同时，需要对ΔF₂的值进行修正：

△F₂＝△F₁－k_a×k_b×∑△F_v1×1h (3)

其中，k_a为温度修正系数，k_b为湿度修正系数；

-5℃≤T＜0℃时，k_a＝1；

-10℃≤T＜-5℃时，k_a＝1.15；

-20℃≤T＜-10℃时，k_a＝1.25；

T＜-20℃时，k_a＝1.3；

85％≤RH＜90％时，k_b＝1；

RH＞90％时，k_b＝1.3。