CN109461296A - 电网输电线路预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网输电线路预警系统及方法，涉及输电线路预警技术领域的技术领域，包括依次相连的信息采集单元、数据处理单元和远程监控终端，信息采集单元用于采集输电线路的电流；数据处理单元用于根据电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；远程监控终端用于根据瞬态温升和热应力引起的瞬态形变位移对输电线路进行预警。本发明能够对输电线路覆冰及雷击或短路时产生的瞬态温升及热应力进行监测和预警，准确性高，工作效率高，实时性强，从而确保输电线路的正常运行，保障电力系统的运行安全。

Description

电网输电线路预警系统及方法

技术领域

本发明涉及输电线路预警技术领域，尤其是涉及一种电网输电线路预警系统及方法。

背景技术

随着工业生产力的发展，长距离的输电线路出现的越来越频繁，所以，野外输电线路的安全就变得越加重要了。对野外线路的导线安全威胁最大的是导线表面覆冰和导线遭遇雷击。由于输电线路遭遇雷击或短路时会产生瞬时较大电流，强大的电流会产生大量的热及热应力，线路覆冰也会造成线路应力载荷大大增加。而目前在进行故障预警时，覆冰时产生的应力和雷击或短路时的热应力是分开计算的，而由于线路的电磁-温度-结构场具有极大的非线性，特别是结构场中的线路应力计算，不仅受到覆冰重力载荷的影响，还受到线路温升及电磁场的影响，因此分开计算会大大增加计算的误差和复杂程度，严重影响预警的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电网输电线路预警系统及方法，能够对输电线路覆冰及雷击或短路时产生的温升及热应力进行监测和预警，准确性高，工作效率高，实时性强，从而确保输电线路的正常运行，保障电力系统的运行安全。

第一方面，本发明实施例提供了一种电网输电线路预警系统，

包括依次相连的信息采集单元、数据处理单元和远程监控终端，

所述信息采集单元用于采集输电线路的电流；

所述数据处理单元用于根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

所述远程监控终端用于根据所述瞬态温升和所述瞬态形变位移对所述输电线路进行预警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述数据处理单元包括数据输入模块、数据计算模块和无线通信模块，所述数据输入模块与所述信息采集单元连接，所述数据计算模块与所述数据输入模块连接，所述无线通信模块与所述数据计算模块连接，所述无线通信模块还与所述远程监控终端进行无线通信；

所述数据输入模块用于接收信息采集单元采集的输电线路的电流，并发送至数据计算模块；

所述数据计算模块用于根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

所述无线通信模块用于将所述瞬态温升和所述瞬态形变位移发送至远程监控终端。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述数据计算模块包括电磁模块、瞬态温升模块和瞬态结构模块；所述电磁模块分别与所述数据输入模块、所述瞬态温升模块和所述瞬态结构模块连接，所述瞬态温升模块与所述瞬态结构模块连接；

所述电磁模块用于将所述电流作为激励源，通过有限元分析对输电线路电磁场进行实时分析，计算电磁力和电磁损耗；

所述瞬态温升模块用于根据所述电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路瞬态温升；

所述瞬态结构模块用于根据所述电磁力和所述瞬态温升计算输电线路雷击或短路时的温升及热应力引起的瞬态形变位移。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述远程监控终端包括主机监控终端、移动监控终端和报警模块，所述主机监控终端、移动监控终端和报警模块分别与所述无线通信模块通信；

所述主机监控终端、移动监控终端和报警模块分别用于根据所述无线通信模块发送的所述瞬态温升和所述瞬态形变位移进行预警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述数据处理单元还包括存储模块和显示模块，所述存储模块和所述显示模块分别与所述数据计算模块连接；

所述存储模块用于将所述数据计算模块计算的所述瞬态温升和所述瞬态形变位移作为温度状态数据库和应力结构状态数据库进行存储；

所述显示模块用于显示所述数据计算模块的操作过程及结果。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述信息采集单元包括压力传感器，所述压力传感器与所述数据输入模块连接；所述压力传感器用于采集输电线路的覆冰压力；

所述数据计算模块还包括稳态结构模块，所述稳态结构模块与所述瞬态结构模块连接，所述稳态结构模块用于根据输电线路的覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移。

第二方面，本发明实施例还提供一种电网输电线路预警方法，包括：如下步骤：

采集输电线路的电流；

根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

根据所述瞬态温升和所述瞬态形变位移对所述输电线路进行预警。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升和所述热应力引起的瞬态形变位移的步骤包括：

根据采集的电流计算输电线路的电磁力和电磁损耗；

根据所述电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路瞬态温升；

根据所述电磁力和所述瞬态温升计算雷击或短路时刻输电线路热应力引起的瞬态形变位移。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

将所述瞬态温升和所述瞬态形变位移作为温度状态数据库和应力结构状态数据库进行存储；

对所述瞬态温升的计算过程及结果进行显示。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，通过压力传感器采集输电线路的覆冰压力；

根据输电线路的覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移；

根据所述稳态形变位移对所述输电线路进行预警。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明通过信息采集单元采集输电线路的电流，数据处理单元根据输电线路电流计算线路雷击或短路时的温升及热应力引起的瞬态形变位移，远程监控终端根据温升和瞬态形变位移对输电线路进行监测及预警；从而实现对输电线路覆冰及雷击或短路时产生的温升及热应力进行监测和预警，准确性高，工作效率高，实时性强，能够确保输电线路的正常运行，保障电力系统的运行安全。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的电网输电线路预警系统的原理图；

图2为本发明实施例一提供的电网输电线路预警系统的另一个原理图；

图3为本发明实施例一提供的电网输电线路预警系统的数据计算模块的原理图；

图4为本发明实施例二提供的电网输电线路预警方法的流程图；

图5为本发明实施例二提供的电网输电线路预警方法的另一个流程图。

图标：

10-信息采集单元；20-数据处理单元；21-数据输入模块；22-数据计算模块；221-电磁模块；222-瞬态温升模块；223-结构模块；23-无线通信模块；24-存储模块；25-显示模块；30-远程监控终端；31-主机监控终端；32-移动监控终端；33-报警模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前在对电网输电线路进行故障预警时，覆冰时产生的应力和雷击或短路时的热应力是分开计算的，而由于线路的电磁-温度-结构场具有极大的非线性，特别是结构场中的线路应力计算，不仅受到覆冰重力载荷的影响，还受到线路温升及电磁场的影响，因此分开计算会大大增加计算的误差和复杂程度，严重影响预警的可靠性。基于此，本发明实施例提供的一种电网输电线路预警系统及方法，可以对输电线路覆冰及雷击或短路时产生的温升及热应力进行监测和预警，准确性高，工作效率高，实时性强，从而确保输电线路的正常运行，保障电力系统的运行安全。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电网输电线路预警系统进行详细介绍。

实施例一：

参照图1，本实施例提出的电网输电线路预警系统，包括依次相连的信息采集单元10、数据处理单元20和远程监控终端30，

信息采集单元10用于采集输电线路的电流；

数据处理单元20用于根据电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升和热应力引起的瞬态形变位移；

远程监控终端30用于根据瞬态温升和瞬态形变位移对输电线路进行预警。

具体地，信息采集单元10对输电线路输出的电流进行实时采集；覆冰压力，即覆冰时输电线路所承受的压力，该压力通过压力传感器(或称重传感器)进行采集。瞬态形变位移，即雷击或短路时线路瞬态结构场发生的位移形变。稳态结构位移，即线路覆冰时的形变位移。

可选地，信息采集单元10包括压力传感器，压力传感器与数据输入模块21连接；压力传感器用于采集覆冰压力。压力传感器采集的数据通过光纤传感器发送给数据输入模块21。

进一步地，参照图2，数据处理单元20包括数据输入模块21、数据计算模块22和无线通信模块23，数据输入模块21与信息采集单元10连接，数据计算模块22与数据输入模块21连接，无线通信模块23与数据计算模块22连接，无线通信模块23还与远程监控终端30进行无线通信；

数据输入模块21用于接收信息采集单元10采集的输电线路的电流，并将电流发送至数据计算模块22；

数据计算模块22用于根据电流计算雷击或短路时输电线路瞬态温升和热应力引起的瞬态形变位移；

无线通信模块23用于将瞬态温升和瞬态形变位移发送至远程监控终端30。

可选地，数据输入模块21通过信号调理电路对采集的传感器检测的压力信号分别进行放大、滤波处理；还设置有输入端口，通过数据输入端口与信息采集单元10连接。

而对于电流信号，将其作为激励源发送给数据计算模块22，通过有限元分析对其电场进行实时分析，计算出输电线路的电磁力、电磁损耗等。根据电磁损耗计算雷击或短路时的瞬态温升。再根据瞬态温升和突然变化的电磁力计算瞬态形变位移。

可选地，无线通信模块23可以采用3G/4G/5G移动数据通信。

进一步地，参照图3，数据计算模块22包括电磁模块221、瞬态温升模块222和结构模块223，结构模块223包括稳态结构模块和瞬态结构模块；电磁模块221分别与数据输入模块21、瞬态温升模块222和瞬态结构模块连接，瞬态温升模块222与瞬态结构模块连接，稳态结构模块与瞬态结构模块连接；

电磁模块221用于将电流作为激励源，通过有限元分析对输电线路电磁场进行实时分析，计算电磁力和电磁损耗；

瞬态温升模块222用于根据电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路温升；

瞬态结构模块用于根据电磁力和温升计算输电线路的瞬态形变位移；

稳态结构模块用于根据覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移。

具体地，电磁模块221用来计算电磁力、电磁损耗，为下一步温度场、结构场计算提供依据。瞬态温升模块222将电磁模块221计算的电磁损耗作为热源，计算在雷击时刻由于电流激励引起的温度上升，同时温度作为载荷，为下一步结构场计算热应力引起的形变提供依据。稳态结构模块将线路覆冰时的压力作为载荷进行形变位移的计算，瞬态结构模块将激增的温升和突然变化的电磁力作为载荷进行线路位移形变计算。

进一步地，远程监控终端30包括主机监控终端31、移动监控终端32和报警模块33，主机监控终端31、移动监控终端32和报警模块33分别与无线通信模块23通信；

主机监控终端31、移动监控终端32和报警模块33分别用于根据无线通信模块23发送的瞬态形变位移和稳态形变位移进行预警。

可选地，移动监控终端32为手机监控终端，用于进行报警信息的显示及声音报警，其中报警信息包括报警等级、报警种类、报警区域等。主机监控终端31为远程监控平台的监控终端，用于报警信息的显示。报警模块33用于进行声光报警，发出线路危险警报。

进一步地，数据处理单元20还包括存储模块24和显示模块25，存储模块24和显示模块25分别与数据计算模块22连接；

存储模块24用于将数据计算模块22计算的瞬态温升和热应力引起的形变位移作为温度状态数据库和应力结构状态数据库进行存储。

显示模块25用于显示数据计算模块22的操作过程及结果。

具体地，数据计算模块22通过上述定量分析、计算得到输电线路在雷击或短路状态下的电磁-温度耦合数据，以及在冰风载荷下的应力结构状态方程数据库，并存入存储模块24。

本实施例的原理是：首先信息采集单元10采集输电线路电流和覆冰压力，然后将采集到的数据传输给数据处理单元20，数据处理20的电磁模块221通过对输电线路进行有限元分析，计算电磁力和电磁损耗等参数；计算后将电磁数据传输给瞬态温升模块222和结构模块223，瞬态温升模块222得出雷击时刻或短路时刻输电线路温升，定量分析得到输电线路在雷击状态下或短路状态下的电磁-温度耦合数据；结构模块223中的稳态结构模块根据覆冰压力计算出静态受力特性分布，瞬态结构模块计算出动态受力特性分布，形成在冰风载荷下的应力结构状态方程数据库，将上述数据发送至存储模块24进行存储。将异常数据通过无线通信模块23发送给远程监控终端30，以提供给用户进行调取和监控。其中远程监控终端30包括主机监控终端31、移动监控终端32和报警模块33，以分别在监控平台、移动端进行报警信息的显示及报警。

线路在正常工作时，本身存在电磁力产生的位移形变，但是当雷击或短路时，瞬间大电流会使输电线路温度增加，使得线路有可能发生比较大的热应力，同时因为电流增加电磁力会增加，导致位移形变都会增加，因此，本实施例加入了瞬态形变位移的计算。

本实施例的有益效果是：

本实施例不仅基于覆冰压力计算了稳态形变位移，还采用基于线路电磁-温度-结构多物理场耦合的数据处理模块20计算雷击或短路时输电线路的瞬态形变位移，克服了以往对线路工况只分析单独场的缺陷，综合考虑了多种故障情况下线路工况，从而提高了故障预警的准确性，本实施例工作效率高、实时性强，能够确保输电线路的正常运行，保障电力系统的运行安全。

实施例二：

参照图4，本实施例提出的电网输电线路预警方法，包括如下步骤：

步骤S100，采集输电线路的电流，通过压力传感器采集输电线路的覆冰压力；

步骤S200，根据电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升、热应力引起的瞬态形变位移以及稳态形变位移；

具体地，参照图5，步骤S200包括：

步骤S201，根据采集的电流计算输电线路的电磁力和电磁损耗；

步骤S202，根据电磁力、电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路瞬态温升；

步骤S203，根据电磁力和瞬态温升计算输电线路的瞬态形变位移；

步骤S204，根据覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移。

步骤S300，根据瞬态温升、瞬态形变位移和稳态形变位移对输电线路进行预警。

具体地，通过压力传感器采集覆冰压力。瞬态形变位移，即雷击或短路时线路瞬态结构场发生的位移形变，稳态结构位移，即线路覆冰时的形变位移。

可选地，通过对采集的电流进行有限元分析，构建有限元分析模块，计算输电线路的电磁力和电磁损耗。将电磁损耗作为热源，计算在雷击时刻或短路时刻输电线路由于电流激增而引起的温度上升，将此温升作为载荷，计算热应力引起的形变，即瞬态形变位移。而对于稳态形变位移，则通过压力传感器检测的覆冰压力进行计算。

进一步地，在步骤S204之后，所述方法还包括：

将瞬态形变位移和稳态形变位移作为应力结构状态数据库进行存储；

对瞬态形变位移和稳态形变位移的计算过程及结果进行显示。

进一步地，根据采集的电流计算输电线路的电磁力和电磁损耗的步骤包括：

通过有限元分析对输电线路电磁场进行实时分析，计算电磁力和电磁损耗。

具体地，依据输电线路结构电磁-温度-结构场的耦合作用，建立输电线路有限元分析模型。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电网输电线路预警系统，其特征在于，包括依次相连的信息采集单元、数据处理单元和远程监控终端，

所述信息采集单元用于采集输电线路的电流；

所述数据处理单元用于根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

所述远程监控终端用于根据所述瞬态温升和所述瞬态形变位移对所述输电线路进行预警。

2.根据权利要求1所述的电网输电线路预警系统，其特征在于，所述数据处理单元包括数据输入模块、数据计算模块和无线通信模块，所述数据输入模块与所述信息采集单元连接，所述数据计算模块与所述数据输入模块连接，所述无线通信模块与所述数据计算模块连接，所述无线通信模块还与所述远程监控终端进行无线通信；

所述数据输入模块用于接收信息采集单元采集的输电线路的电流，并发送至数据计算模块；

所述数据计算模块用于根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

所述无线通信模块用于将所述瞬态温升和所述瞬态形变位移发送至远程监控终端。

3.根据权利要求2所述的电网输电线路预警系统，其特征在于，所述数据计算模块包括电磁模块、瞬态温升模块和瞬态结构模块；所述电磁模块分别与所述数据输入模块、所述瞬态温升模块和所述瞬态结构模块连接，所述瞬态温升模块与所述瞬态结构模块连接；

所述电磁模块用于将所述电流作为激励源，通过有限元分析对输电线路电磁场进行实时分析，计算电磁力和电磁损耗；

所述瞬态温升模块用于根据所述电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路瞬态温升；

所述瞬态结构模块用于根据所述电磁力和所述瞬态温升计算输电线路雷击或短路时的温升及热应力引起的瞬态形变位移。

4.根据权利要求1所述的电网输电线路预警系统，其特征在于，所述远程监控终端包括主机监控终端、移动监控终端和报警模块，所述主机监控终端、移动监控终端和报警模块分别与所述无线通信模块通信；

所述主机监控终端、移动监控终端和报警模块分别用于根据所述无线通信模块发送的所述瞬态温升和所述瞬态形变位移进行预警。

5.根据权利要求1所述的电网输电线路预警系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括存储模块和显示模块，所述存储模块和所述显示模块分别与所述数据计算模块连接；

所述存储模块用于将所述数据计算模块计算的所述瞬态温升和所述瞬态形变位移作为温度状态数据库和应力结构状态数据库进行存储；

所述显示模块用于显示所述数据计算模块的操作过程及结果。

6.根据权利要求3所述的电网输电线路预警系统，其特征在于，所述信息采集单元包括压力传感器，所述压力传感器与所述数据输入模块连接；所述压力传感器用于采集输电线路的覆冰压力；

所述数据计算模块还包括稳态结构模块，所述稳态结构模块与所述瞬态结构模块连接，所述稳态结构模块用于根据输电线路的覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移；

所述远程监控终端还根据所述稳态形变位移对所述输电线路进行预警。

7.一种电网输电线路预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集输电线路的电流；

根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升及热应力引起的瞬态形变位移；

根据所述瞬态温升和所述瞬态形变位移对所述输电线路进行预警。

8.根据权利要求7所述的电网输电线路预警方法，其特征在于，根据所述电流计算雷击或短路时输电线路的瞬态温升和所述热应力引起的瞬态形变位移的步骤包括：

将所述电流作为激励源，通过有限元分析对输电线路电磁场进行实时分析，计算电磁力和电磁损耗；

根据所述电磁损耗计算雷击或短路时刻输电线路瞬态温升；

根据所述电磁力和所述瞬态温升计算雷击或短路时刻输电线路热应力引起的瞬态形变位移。

9.根据权利要求7所述的电网输电线路预警方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述瞬态温升和所述瞬态形变位移分别作为温度状态数据库和应力结构状态数据库进行存储；

对所述瞬态温升的计算过程及结果进行显示。

10.根据权利要求7所述的电网输电线路预警方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过压力传感器采集输电线路的覆冰压力；

根据输电线路的覆冰压力计算输电线路的稳态形变位移；

根据所述稳态形变位移对所述输电线路进行预警。