CN112670893A - 基于高度订正的线路覆冰实况计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网覆冰监控技术领域，公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法及系统，以提高覆冰实况监测精度。方法包括：步骤S1、通过电网线架上的温度传感器、湿度传感器分别获取输电线路的实时温度和湿度，并判断实时的温度和湿度是否达到结冰的条件，结冰的条件为温度小于等于0度且湿度大于等于85％；当温度和湿度满足结冰的两项条件时，执行下述步骤S2；否则，终止计算；步骤S2、根据高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值建立电网覆冰算法模型进行电网覆冰计算。步骤S3：在计算出待求高度的覆冰厚度后，根据实况温度探测结果，对高压线路覆冰负载持续报警。

Description

基于高度订正的线路覆冰实况计算方法及系统

技术领域

本发明涉及电网覆冰监控技术领域，尤其涉及一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法及系统。

背景技术

冷的雨滴降落到了温度低于冰点(0℃)的物体上就形成雨凇。如果是凝结在电线上，就使电线覆冰；即电线覆冰。如果一个范围内的所有电线都被冰包住，即为：线路覆冰。

机械荷载增大随着覆冰的增加，电线、绝缘子串和杆塔上所承受的冰的重量以及覆冰后因受风面积加大而增加了风压。当冰、风综合荷载超过上述部件的强度允许值时，线路就会损坏。受地形、地物、风向和风力等因素的影响，线路杆塔两侧电线覆冰可能不均匀，冰雪融化时，由于气温回升和风振等条件的差异，也会产生两侧不同期脱冰的现象。当线路上不均匀覆冰和不同期脱冰所引起的荷载出现某种不利的组合情况时，杆塔受到很大扭矩和弯矩而遭到破坏，是比较常见的。不均匀覆冰产生的不平衡张力，还会导致电线在线夹处断股甚至被拉断。绝缘子串覆冰后，绝缘强度降低，泄漏电阻下降，电压分布不均匀程度加剧。随着覆冰增加，绝缘子串中局部电位梯度较高处会出现辉光放电，并伴有融化水渗出。如果泄漏电流继续增大，则辉光放电逐步转化为白色弧光；待融化水贯通绝缘子串的大部分表面，局部放电将迅速发展成全串闪络，造成线路接地跳闸。一般情况下绝缘子串覆冰达30mm以上，就有可能最终发展成全串闪络。增大绝缘子串的长度，或改用V型串可减少融化水贯通冰凌表面的机率，防止闪络事故。

导线覆冰主要有4种影响因素,其分别为:

1、气象因素：

通过统计得知每年覆冰多发生多在11月到次年3月之间。气象因素是导线覆冰产生最重要的因素。因导线覆冰受到的气候影响因素较多，在一般情况下，-5-0℃时，造成的覆冰危害最大。温度较低时，过冷则水转化为雪花，无法造成线路覆冰，而温度较高时也不可能产生覆冰。正因为如此,在冬季温度较低的华北地区反而没南方和西南地区的导线覆冰严重。同样，风速对导线覆冰的产生也有很大的影响，其中最主要的是在风速处于3-6m/s时，覆冰增长速度最快，风速超过或降低都会影响其增长速度，同时风向对覆冰的影响也很大，比如在风向-导线夹角在45°-150°时，造成的结果最为严重。

2、地理因素：

在风较大，湿度较大，同时地形突出的地形比其他地形产生的覆冰更严重。而其中，在高海拔地区往往比低海拔地区造成的结果要严重。

3、线路因素：

在覆冰的研究中，因导线走向问题，线路也成为了一个重要因素，其最主要的原因还是气象因素中的风速影响，当导线-风速夹角为90°时，增长最快，结果最严重。

4、导线本身因素：

导线的电场会影响空气中的水，使其向导线移动，若其他因素合适就会在导线上产生覆冰。

此外，导线、地线覆冰超载，不均匀覆冰和不同期脱冰引起弧垂变化，以致档距中央导、地线间距离减小以及导线对地面或交叉跨越物的净空距离减小而引起放电，也属于绝缘强度降低的事故。导线覆冰舞动和导线脱冰跳跃等特殊型式的运动，往往也造成线路部件损坏和绝缘间隙击穿的事故。

当前，线路覆冰实时监测主要采用图像识别方法。但该方法存在以下问题：一是图片采集功耗大，寿命短，到了冬天时经常需要更换检修；二是冬天覆冰时镜片结冰，采集图像模糊，难以准确判断覆冰厚度；三是图片采集频率低、传输慢，难以满足实时监测需求。因此，有必要利用温度传感器、湿度传感器发明一种基于传感器监测的输电线路实时覆冰计算方法。另一方面，传感器安装高度与输电线路高度往往不同，需要基于高度订正进行输电线路的覆冰实况算法订正，并根据覆冰荷载，开发线路覆冰报警系统。

发明内容

本发明目的在于公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法及系统，以提高精度。

为达上述目的，本发明公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法，包括：

步骤S1、通过电网线架上的温度传感器、湿度传感器分别获取输电线路的实时温度和湿度，并判断实时的温度和湿度是否达到结冰的条件，结冰的条件为温度小于等于0度且湿度大于等于85％；当温度和湿度满足结冰的两项条件时，执行下述步骤S2；否则，终止计算；

步骤S2、根据高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值建立电网覆冰算法模型进行电网覆冰计算，计算公式如下：

其中：Z₁为已知高度，

为已知高度的覆冰厚度，α为经验系数，Z为实际高度，A_Z为待求高度的覆冰厚度；且Z₁与

通过在高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值。

优选地，在所述步骤S2后，本发明方法还包括：

步骤S3、在计算出待求高度的覆冰厚度后，当温度持续低于0度，未超过设定的时间阈值，则对高压线路覆冰负载施加持续报警，当温度在设定的时间阈值内超过0度并且高于0度的时间超过设定阈值，则取消对高压线路覆冰负载的持续报警。经持续追踪观测得出最优的参数设置为：温度持续低于0度，高压线路覆冰负载持续报警的时间阈值为3小时，并在3小时后返回步骤S1和步骤S2进行重新计算；温度在设定的3小时内超过0度并且高于0度的时间阈值设定为2小时。

优选地，经验系数α为根据5次以上历史记录得出的记录综合值。

为达上述目的，本发明还公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过在已知的实况数据上实现其他不同海拔高度的电缆覆冰计算，计算值可信度高，计算方便快捷，稳定性高，为电缆维护工作人员提供可靠的参考价值。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的基于传感器监测的输电线路覆冰预测方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法，如图1所示，包括：

步骤S1、通过电网线架上的温度传感器、湿度传感器分别获取输电线路的实时温度和湿度，并判断实时的温度和湿度是否达到结冰的条件，结冰的条件为温度小于等于0度且湿度大于等于85％；当温度和湿度满足结冰的两项条件时，执行下述步骤S2；否则，终止计算。

步骤S2、根据高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值建立电网覆冰算法模型进行电网覆冰计算。在该步骤中，具体计算公式如下：

其中：Z₁为已知高度，

为已知高度的覆冰厚度，α为经验系数，Z为实际高度，A_Z为待求高度的覆冰厚度；且Z₁与

通过在高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值。优选地，经验系数α为根据5次以上历史记录得出的记录综合值。

优选地，在所述步骤S2后，本发明方法还包括：

步骤S3、在计算出待求高度的覆冰厚度后，当温度持续低于0度，未超过设定的时间阈值，则持续对高压线路覆冰负载持续报警，当温度在设定的时间阈值内超过0度并且高于0度的时间超过设定阈值，则取消对高压线路覆冰负载的持续报警。

本实施例中，经持续追踪观测得出最优的参数设置为：温度持续低于0度，高压线路覆冰负载持续报警的时间阈值为3小时，并在3小时后返回步骤S1和步骤S2进行重新计算；温度在设定的3小时内超过0度并且高于0度的时间阈值设定为2小时。其中，该参数设置的原理如下：

风速是影响导线覆冰厚度的重要因素，而环境温度和液态水含量决定导线覆冰强度的变化。导线覆冰冻结系数可由环境温度、风速、液态水含量等条件推导得出，并决定导线覆冰方式(干增长、湿增长)以及覆冰类型(雨凇、雾凇或混合淞)。通过人工气候室控制气象条件的方式证明环境参数的变化同样影响不同类型绝缘子表面覆冰的发展。在一定范围内，环境温度的降低使得绝缘子表面冰棱增长速度加快，且更粗。水滴中值直径的增大也将增大绝缘子覆冰速度。相同环境下，不同结构的复合绝缘子覆冰速率不同。而不同的覆冰类型和覆冰程度将直接影响绝缘子电气性能和冰闪特性。绝缘子覆冰质量和交直流冰闪电压呈负指数函数关系。为进一步研究导线覆冰增长过程，基于环境参数建立并完善了导线覆冰数值模型，研究表明：在各项环境参数已知的条件下，导线表面水滴碰撞系数可以通过经验公式获得，且实时的导线覆冰冰形和覆冰厚度的数值模拟需完全依赖于准确采集获得的环境参数值。受到导线覆冰数值模拟研究的影响，国内一些学者提出建立绝缘子覆冰数值模拟。从流体力学出发，根据不同的环境条件，分析计算了绝缘子表面的水滴碰撞捕获过程，研究表明风速、水滴中值直径等环境参数是影响绝缘子表面水滴碰撞率的重要因素。在覆冰条件下，一般的气象传感器很难测得MVD及空气中液态水含量等参数，并依据圆导体水滴碰撞率经验公式建立了覆冰参数计算模型。但是，由于该装置采用集中方式设计，忽略了覆冰后导体间气流的相互影响，降低了测量准确度。同时，其采用人工测量的方法，在数据采集上存在高误差、低效率的缺点，不能满足自然条件下覆冰参数实时测量的需要。

通过分析不同直径圆导体的水滴碰撞特性和冻结特性，确定依据五个不同直径旋转圆导体进行覆冰参数预测的方法，建立了基于改进的差分进化算法的反算模型。在试验验证部分，通过分散型旋转圆导体，避免了不同直径导体覆冰后的相互影响，采用微型拉力传感器结合采集卡进行信号采集，实现了多个旋转圆导体覆冰重量的实时监测，通过模型反算，预测了6.7h覆冰环境参数，并对装置测量数据及模型预测准确性进行了验证，所以温度持续低于0度，高压线路覆冰负载持续报警的时间阈值为3小时，温度在设定的3小时内超过0度并且高于0度的时间阈值设定为2小时，是对电线初期覆冰和融化进行可靠判断的合理依据。

实施例2

与上述方法相对应的，本实施例公开一种基于高度订正的线路覆冰实况计算系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

综上，本发明上述各实施例所分别公开的基于传感器监测的输电线路覆冰预测方法及系统，具有以下有益效果：

通过在已知的实况数据上实现其他不同海拔高度的电缆覆冰计算，计算值可信度高，计算方便快捷，稳定性高，为电缆维护工作人员提供可靠的参考价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于高度订正的线路覆冰实况计算方法，其特征在于，包括：

步骤S1、通过电网线架上的温度传感器、湿度传感器分别获取输电线路的实时温度和湿度，并判断实时的温度和湿度是否达到结冰的条件，结冰的条件为温度小于等于0度且湿度大于等于85％；当温度和湿度满足结冰的两项条件时，执行下述步骤S2；否则，终止计算；

步骤S2、根据高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值建立电网覆冰算法模型进行电网覆冰计算，计算公式如下：

其中：Z₁为已知高度，

为已知高度的覆冰厚度，α为经验系数，Z为实际高度，A_Z为待求高度的覆冰厚度；且Z₁与

通过在高压线缆的线路经过的已知高度部署的探测设备得出的实况数据值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2后，还包括：

步骤S3、在计算出待求高度的覆冰厚度后，当温度持续低于0度，未超过设定的时间阈值，则持续对高压线路覆冰负载持续报警，当温度在设定的时间阈值内超过0度并且高于0度的时间超过设定阈值，则取消对高压线路覆冰负载的持续报警。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，温度持续低于0度，高压线路覆冰负载持续报警的时间阈值为3小时，并在3小时后返回步骤S1和步骤S2进行重新计算；温度在设定的3小时内超过0度并且高于0度的时间阈值设定为2小时。

4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，经验系数α为根据5次以上历史记录得出的记录综合值。

5.一种基于高度订正的线路覆冰实况计算系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一方法的步骤。

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