CN111442752A - 一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，当气温小于S℃，且空气湿度大于K时，通过获取耐张塔或悬垂塔未覆冰时的导线参考拉力值T′和覆冰时的导线拉力值T₁′，结合悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx，计算获得悬垂塔的覆冰厚度；计算得到耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载力V₀，与耐张塔在覆冰时的导线水平应力σ′₀和垂直荷载力V′₀对比，从而获取耐张塔输电线路的覆冰厚度。本发明可以同时应用于耐张塔和悬垂塔的线路覆冰厚度监测，并且需要检测的数据只有导线拉力值，降低了环境因素对传感器数据的影响，使获取的线路覆冰厚度值更精确。

Description

一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法

技术领域

本发明涉及输电线路监测领域,具体涉及一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法。

背景技术

输电线路大多路经人烟稀少地区，经常会遭受到各类的自然灾害，而其中，线路覆冰是最为严重的危害之一。输电线路覆冰对电网的危害极大，线路覆冰造成的倒塔倒杆、线路不均匀覆冰/脱冰导致的断线断股、绝缘子串覆冰闪络、输电线舞动导致的设备破坏等都会给电力系统造成难以估量的损失。受地形和气候等因素的影响，由于覆冰造成的电网事故发生时，往往不能及时、迅速地修复，从而导致部分区域长时间的断电，不但导致了严重的经济损失，还给居民日常生活造成了不便。

现阶段覆冰终端已在南方电网大面积使用。中国从08年雪灾后，覆冰监测技术开始受到重视，至今已有将十多年的规模化应用历史。我国现采用的覆冰监测系统由前端装置、通讯网络及系统运维平台组成。前端装置配置拉力传感器、倾角传感器、气象传感器、摄像机等，对导地线张力、倾角、环境温度、环境湿度、风速、风向、现场图像等进行监测，采集的监测量通过基于营运商的网络传输至系统后台，再由系统后台经过覆冰计算模型的演算，计算出等值覆冰厚度，实现对线路覆冰的远程实时监控，但目前往往是通过多个传感器获取数据后进行计算，由于输电线路所处环境的复杂性，容易导致传感器获取的数据具有较大的误差，从而现有的线路覆冰计算模型计算出的线路覆冰值不够准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，用于更精准的获取线路的覆冰厚度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，当气温小于S℃，且空气湿度大于K时，获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b，所述获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b具体包括以下步骤：

获取耐张塔或悬垂塔的未覆冰时的导线参考拉力值T′，使耐张塔或悬垂塔的参考综合载荷T等于导线参考拉力值T′，计算得到耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载力V₀，或悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx；

根据耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载V₀，获取耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L；

根据耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L和耐张塔在未覆冰时的导线单位长度自重q_L对比，获取耐张塔的线路覆冰厚度b₀，或根据悬垂塔在未覆冰时的导线参考拉力值T′和悬垂塔在覆冰时的导线拉力值T′₁对比，并结合悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx获取悬垂塔的覆冰厚度b₁。

进一步地，所述导线参考拉力值T′通过以下公式获取：

其中，ε角为耐张塔或悬垂塔的绝缘子串与垂直方向力的夹角，T为耐张塔或悬垂塔的张力监测单元采集到的导线张力值，n为相乘系数。

进一步地，所述耐张塔或悬垂塔的综合载荷T通过以下公式获取：

其中，V为耐张塔或悬垂塔的垂直载荷，所述耐张塔的垂直载荷记为V₀，所述耐张塔的垂直载荷记为V₁；H为耐张塔或悬垂塔的水平载荷，所述耐张塔的水平载荷记为H₀,所述耐张塔的水平载荷记为H₁。

进一步地，所述耐张塔的垂直载荷V₀通过以下公式获取：

其中，N为耐张塔的导线分裂数，σ₀为耐张塔的导线水平应力，A为耐张塔的导线计算截面积，q_L为耐张塔的导线单位长度自重，l_r为代表档距，β为耐张塔的高差角，l_j为绝缘子长度，h为张力传感器安装侧高差，q_j为绝缘子单位长度自重；

所述耐张塔的水平载荷H₀通过以下公式获取：

其中，θ为耐张塔的杆塔转角。

进一步地，所述耐张塔的线路覆冰厚度b₀通过以下公式获取：

其中，d为耐张塔的导线计算直径。

进一步地，所述悬垂塔的水平载荷H₁通过以下公式获取：

其中，N₁为悬垂塔的导线分裂数；σ₁为悬垂塔的导线水平应力；A₁为悬垂塔的导线计算截面积；θ₁为悬垂塔的杆塔转角；

所述悬垂塔的垂直载荷V₁通过以下公式获取：

V₁＝9.8N₁·q_L1·L_abx+G_j

q_L1为悬垂塔的导线单位长度自重；G_j为绝缘子串整体重量。

进一步地，所述悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx通过悬垂塔的悬挂点到大号侧导线最低点的水平距离l_ax和悬垂塔的悬挂点到小号侧导线最低点的水平距离l_bx，其中，所述悬垂塔的悬挂点到大号侧导线最低点的水平距离l_ax和小号侧导线最低点的水平距离l_bx分别通过以下公式获取：

其中，l_a为大号侧水平档距，l_b为小号侧水平档距，σ₁为悬垂塔的导线水平应力，γ₁为导线自重比载，β₁为悬垂塔的高差角；

所述悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx通过以下公式获取：

。

进一步地，所述悬垂塔的线路覆冰厚度b₁通过以下公式获取：

其中，d₁为悬垂塔的导线计算直径。

进一步地，当监测到耐张塔或悬垂塔的导线等值覆冰厚度b大于线路覆冰厚度初步预警值b0时：

若所述导线等值覆冰厚度b≥k1×预设覆冰厚度，启动一级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k2×预设覆冰厚度，启动二级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k3×预设覆冰厚度，启动三级报警。

进一步地，所述S为0℃至3℃，K为80％RH至85％RH。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，可以同时应用于耐张塔和悬垂塔的线路覆冰厚度监测，并且需要检测的数据只有导线拉力值，降低了环境因素对传感器数据的影响，使获取的线路覆冰厚度值更精确。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的输电线路等值覆冰厚度的监测方法的线路覆冰厚度计算流程示意图。

图2是本发明的输电线路等值覆冰厚度的监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

如图1至2所示，本实施例提供了一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，当气温小于S℃，且空气湿度大于K时，获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b，所述获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b具体包括以下步骤：

获取耐张塔或悬垂塔的未覆冰时的导线参考拉力值T′，使耐张塔或悬垂塔的参考综合载荷T等于导线参考拉力值T′，计算得到耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载力V₀，或悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx；

根据耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载V₀，获取耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L；

根据耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L和耐张塔在未覆冰时的导线单位长度自重q_L对比，获取耐张塔的线路覆冰厚度b₀，或根据悬垂塔在未覆冰时的导线参考拉力值T′和悬垂塔在覆冰时的导线拉力值T′₁对比，并结合悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx获取悬垂塔的覆冰厚度b₁。

其中，所述S为0℃至3℃，K为80％RH至85％RH，具体在本实施例中；S为1℃，K为80％RH。

在本实施例中，所述导线参考拉力值T′通过以下公式获取：

其中，ε角为绝缘子串与垂直方向力的夹角，I串的ε角为0°；V串的ε角为V串夹角的一半；L串的ε角根据绝缘子金具组装图取相应的夹角数值，

T为耐张塔或悬垂塔的张力监测单元采集到的导线的张力值，单位N。

n为相乘系数，根据每相串型及传感器数量确定，具体为：当一相传感器数量装满时该数值为1，当一相传感器数量未装满时该数值＞1，例如：双I串仅装了一串绝缘子另一串未安装，此时该数值为2。

例：若某单V串绝缘子V串夹角为90°，每串绝缘子各安装了1个拉力(装满)，则：

在本实施例中，耐张塔或悬垂塔的综合载荷T均通过以下公式获取：

其中，V为耐张塔或悬垂塔的垂直载荷，所述耐张塔的垂直载荷记为V₀，所述耐张塔的垂直载荷记为V₁；H为耐张塔或悬垂塔的水平载荷，所述耐张塔的水平载荷记为H₀,所述耐张塔的水平载荷记为H₁。

当本实施例的输电线路等值覆冰厚度的监测方法用于计算耐张塔的覆冰厚度时，具体通过以下步骤实现：

步骤一：通过下列公式计算获取耐张塔的水平载荷H₀：

其中，H为水平荷载，单位N；N为导线分裂数；σ₀为导线水平应力；A为导线计算截面积；θ为杆塔转角。

步骤二：通过下列公式计算获取垂直载荷V₀：

其中，V为垂直荷载，单位N；N为导线分裂数；σ₀为导线水平应力；A为导线计算截面积；q_L为导线单位长度自重；l_r为代表档距；β为高差角；l_j为绝缘子长度；h为张力传感器安装侧高差；q_j为绝缘子单位长度自重。

在公式(4)中，当覆冰监测装置安装点处于低悬挂点时±号取负，当覆冰监测装置安装点处于高悬挂点时±号取正。

步骤三：通过公式(2)计算获得耐张塔的综合荷载T。

步骤四：根据初始的参考拉力值T′，使耐张塔的综合荷载T＝T′，从而通过公式(1)计算得出无覆冰时的导线水平应力σ₀，并通过无覆冰时的导线水平应力σ₀计算得到相应的V₀值。

步骤五：通过公式(1)获取覆冰时的拉力值T′₁：

步骤六：通过以下公式计算获取覆冰时的垂直荷载力V₁与覆冰时的导线水平应力σ₁：

步骤七：将式(5)和式(6)代入式(4)中，计算获取耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L

步骤八：通过以下公式计算获取耐张塔的覆冰厚度b₀：

其中，d为耐张塔的导线计算直径。

当本实施例的输电线路等值覆冰厚度的监测方法用于计算悬垂塔塔的等值覆冰厚度时，包括以下步骤：

步骤一：通过下列公式计算获取悬垂串水平荷载H₁：

其中，N₁为悬垂塔的导线分裂数；σ₁为悬垂塔的导线水平应力；A₁为悬垂塔的导线计算截面积；θ₁为悬垂塔的杆塔转角。

步骤二：悬垂塔的悬挂点到大号侧导线最低点的水平距离l_ax和小号侧导线最低点的水平距离l_bx分别通过以下公式获取：

其中，l_a为大号侧水平档距，l_b为小号侧水平档距，σ₁为悬垂塔的导线水平应力，γ₁为导线自重比载，β₁为悬垂塔的高差角。

步骤三：所述悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx通过以下公式获取：

步骤四：所述悬垂塔的垂直载荷V₁通过以下公式获取：

V₁＝9.8N₁·q_L1·L_abx+G_j (12)

其中，q_L1为悬垂塔的导线单位长度自重；G_j为绝缘子串整体重量。

步骤五：使用公式(2)进行计算获取悬垂塔的综合荷载：

步骤六：根据初始的参考拉力值T′，使悬垂塔的综合荷载T＝T′，从而计算获得悬垂塔在无覆冰时的导线水平应力σ₁，与相应的L_abx值。

步骤七：使用公式(1)进行计算获取覆冰时的计算拉力值：

步骤八：通过下列公式计算获取覆冰厚度b₁：

其中，d₁为悬垂塔的导线计算直径。

本实施例的输电线路覆冰厚度的监测方法还包括以下步骤：

当监测到耐张塔或悬垂塔的导线等值覆冰厚度b大于线路覆冰厚度初步预警值b0时：

若所述导线等值覆冰厚度b≥k1×预设覆冰厚度，启动一级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k2×预设覆冰厚度，启动二级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k3×预设覆冰厚度，启动三级报警。

在本实施例中，k1、k2和k3为预设值，其中k3＞k2＞k1。

本实施例提供了一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，可以同时应用于耐张塔和悬垂塔的线路覆冰厚度监测，并且需要检测的数据只有导线拉力值，降低了环境因素对传感器数据的影响，使获取的线路覆冰厚度值更精确，并需要在一定条件下才对线路的覆冰厚度进行计算，节约监测装置的能源，并在覆冰厚度值大于预设值报警提醒维护人员注意，实现输电线路覆冰厚度监测自动化。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，当气温小于S℃，且空气湿度大于K时，获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b，所述获取耐张塔或悬垂塔的线路覆冰厚度b具体包括以下步骤：

获取耐张塔或悬垂塔的未覆冰时的导线参考拉力值T′，使耐张塔或悬垂塔的参考综合载荷T等于导线参考拉力值T′，计算得到耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载力V₀，或悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx；

根据耐张塔在未覆冰时的导线水平应力σ₀和垂直荷载V₀，获取耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L；

根据耐张塔在覆冰时的导线单位长度自重q′_L和耐张塔在未覆冰时的导线单位长度自重q_L对比，获取耐张塔的线路覆冰厚度b₀，或根据悬垂塔在未覆冰时的导线参考拉力值T′和悬垂塔在覆冰时的导线拉力值T′₁对比，并结合悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx获取悬垂塔的覆冰厚度b₁。

2.如权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述导线参考拉力值T′通过以下公式获取：

其中，ε角为耐张塔或悬垂塔的绝缘子串与垂直方向力的夹角，T为耐张塔或悬垂塔的张力监测单元采集到的导线张力值，n为相乘系数。

3.如权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述耐张塔或悬垂塔的综合载荷T通过以下公式获取：

其中，V为耐张塔或悬垂塔的垂直载荷，所述耐张塔的垂直载荷记为V₀，所述耐张塔的垂直载荷记为V₁；H为耐张塔或悬垂塔的水平载荷，所述耐张塔的水平载荷记为H₀,所述耐张塔的水平载荷记为H₁。

4.如权利要求3所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述耐张塔的垂直载荷V₀通过以下公式获取：

其中，N为耐张塔的导线分裂数，σ₀为耐张塔的导线水平应力，A为耐张塔的导线计算截面积，q_L为耐张塔的导线单位长度自重，l_r为代表档距，β为耐张塔的高差角，l_j为绝缘子长度，h为张力传感器安装侧高差，q_j为绝缘子单位长度自重；

所述耐张塔的水平载荷H₀通过以下公式获取：

其中，θ为耐张塔的杆塔转角。

5.如权利要求4所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述耐张塔的线路覆冰厚度b₀通过以下公式获取：

其中，d为耐张塔的导线计算直径。

6.如权利要求3所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述悬垂塔的水平载荷H₁通过以下公式获取：

其中，N₁为悬垂塔的导线分裂数；σ₁为悬垂塔的导线水平应力；A₁为悬垂塔的导线计算截面积；θ₁为悬垂塔的杆塔转角；

所述悬垂塔的垂直载荷V₁通过以下公式获取：

V₁＝9.8N₁·q_L1·L_abx+G_j

q_L1为悬垂塔的导线单位长度自重；G_j为绝缘子串整体重量。

7.如权利要求6所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述悬垂塔的悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx通过悬垂塔的悬挂点到大号侧导线最低点的水平距离l_ax和悬垂塔的悬挂点到小号侧导线最低点的水平距离l_bx，其中，所述悬垂塔的悬挂点到大号侧导线最低点的水平距离l_ax和小号侧导线最低点的水平距离l_bx分别通过以下公式获取：

其中，l_a为大号侧水平档距，l_b为小号侧水平档距，σ₁为悬垂塔的导线水平应力，γ₁为导线自重比载，β₁为悬垂塔的高差角；

所述悬挂点到大小号侧导线最低点导线长度L_abx通过以下公式获取：

8.如权利要求7所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述悬垂塔的线路覆冰厚度b₁通过以下公式获取：

其中，d₁为悬垂塔的导线计算直径。

9.如权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当监测到耐张塔或悬垂塔的导线等值覆冰厚度b大于线路覆冰厚度初步预警值b2时：

若所述导线等值覆冰厚度b≥k1×预设覆冰厚度，启动一级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k2×预设覆冰厚度，启动二级报警；

若所述导线等值覆冰厚度b≥k3×预设覆冰厚度，启动三级报警。

10.如权利要求1所述的一种输电线路等值覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述S为0℃至3℃，K为80％RH至85％RH。

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