CN113324467B - 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法 - Google Patents

基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113324467B
CN113324467B CN202110584496.1A CN202110584496A CN113324467B CN 113324467 B CN113324467 B CN 113324467B CN 202110584496 A CN202110584496 A CN 202110584496A CN 113324467 B CN113324467 B CN 113324467B
Authority
CN
China
Prior art keywords
monitoring
ice
unit
icing
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110584496.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113324467A (zh
Inventor
黄欢
马晓红
蒋兴良
牛唯
文屹
张志劲
曾华荣
毛先胤
杨旗
吴建蓉
吕乾勇
邹雕
殷蔚翎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Power Grid Co Ltd filed Critical Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority to CN202110584496.1A priority Critical patent/CN113324467B/zh
Publication of CN113324467A publication Critical patent/CN113324467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113324467B publication Critical patent/CN113324467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/08—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using capacitive means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/02—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP]
    • H04L67/025—Protocols based on web technology, e.g. hypertext transfer protocol [HTTP] for remote control or remote monitoring of applications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/72—Mobile telephones; Cordless telephones, i.e. devices for establishing wireless links to base stations without route selection
    • H04M1/724—User interfaces specially adapted for cordless or mobile telephones
    • H04M1/72403—User interfaces specially adapted for cordless or mobile telephones with means for local support of applications that increase the functionality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法，它包括控制单元，取电单元与高频励磁电源变换单元通过导线连接；高频励磁电源变换单元与监测单元通过导线连接；监测单元与控制单元通过导线连接；解决了现有技术没有精确监测输电线路导线覆冰厚度和状态等技术问题。

Description

基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法
技术领域
本发明属于覆冰厚度监测技术领域，尤其涉及一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法。
背景技术
输电线路覆冰严重危害电网的安全运行，输电线路覆冰会极大削减其机械和电气性能，导致舞动、倒塌、断线等事故的发生，给人们的生活和生产带来严重影响并造成巨大经济损失。目前，获取输电线路导线覆冰数据的方法有很多，例如在线监测预警法、导线弧垂测量法、气象监测法和称重法。在线监测预警方法由于在线监测预警方法的相关覆冰在线监测设备长期工作在强电场及复杂大气环境中，故而设备会出现可靠性较差的问题。导线弧垂测量法通过弧垂的测量计算等值覆冰厚度，同时测量导线冰厚的装置和方法都较为简单，然而，该方法只有在大档距杆塔之间，且远距离观测时才具有较高的精度。气象监测法是利用气象监测设备收集输电线路周围的温度、风速、风向以及空气湿度等气象信息后，再通过覆冰预测模型间接预测覆冰厚度，总体而言该方法的预测结果误差较大，准确性较低。应用最为广泛的称重法具有传感器安装方便，计算模型简单的优点，但是其应力传感器长期工作的环境较为复杂，容易出现可靠性较低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法，以解决现有技术没有精确监测输电线路导线覆冰厚度和状态等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置，它包括控制单元，取电单元与高频励磁电源变换单元通过导线连接；高频励磁电源变换单元与监测单元通过导线连接；监测单元与控制单元通过导线连接。
所述取电单元包括取能线圈，所述取能线圈为电磁式互感器；
取能线圈接入导线从导线取电；取能线圈输出端与整流电路连接；
整流电路与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与保护电路连接。
所述监测单元为等间距三电极并联电容。
所述高频励磁电源变换单元的输出频率为1Mhz以上。
所述的一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置的监测方法，它包括：
步骤1、在导线上需要固定监测单元的地方加装绝缘层；
步骤2、在绝缘层上安装等间距三电极并联电容；
步骤3、等间距三电极并联电容采用锁扣锁紧；
步骤4、控制单元计算覆冰厚度值；
步骤5、覆冰厚度值通过远程通讯单元发送至监测终端。
所述等间距三电极并联电容采用圆环式电容。
覆冰厚度值的计算方法为：
电容传感器公式
Figure GDA0003967975410000031
式中：S为电极面积，d为电极间距；当电极面积和电极间距固定时，随着覆冰厚度的增长，电极间整体的电容随之会产生变化；因此通过测量冰层电容值来反应覆冰厚度的变化；覆冰厚度与电容的基础关系为C＝k×De，C为覆冰电容，单位为pF，D为覆冰厚度,单位为mm，k和e为覆冰类型和覆冰形状相关系数。所述覆冰厚度值通过远程通讯单元发送至监测终端的方法为：采用手机APP应用程序和手机模块的通讯方式实现监测数据与状态的实施动态在线监测。
本发明有益效果：
本发明的导线覆冰监测过程，实现输电线路导线的覆冰自动监测，精确监测导线的覆冰厚度和状态，为输电线路的安全运行提供保障，从而达到防止输电线路因覆冰超过预期而导致输电线路发生覆冰灾害，进而保证整个输电线路的安全稳定运行，避免由于地线覆冰过载引起各种故障和灾害的目的，避免输电线路发生灾害停运造成的经济损失和社会影响；解决了现有技术没有精确监测输电线路导线覆冰厚度和状态等技术问题。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明监测单元原理示意图；
图3为本发明电容电极结构示意图；
图4为本发明取电单元组成示意图。
具体实施方式：
一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置，它包括控制单元，取电单元与高频励磁电源变换单元通过导线连接；高频励磁电源变换单元与监测单元通过导线连接；监测单元与控制单元通过导线连接。
所述取电单元包括取能线圈，所述取能线圈为电磁式互感器；取能线圈接入导线从导线取电；取能线圈输出端与整流电路连接；整流电路与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与保护电路连接。
所述监测单元为等间距三电极并联电容。
采用等间距三电极并联电容为监测单元的方式，其原理为电容传感器公式
Figure GDA0003967975410000041
εr为介质的相对介电常数,ε0为真空的介电常数，取8.854×10-12F/m，S为电容极板的面积，单位为m2，d为电容极板间的距离，单位为m。当电容极板面积S和间距d固定时，随着覆冰厚度的增长，极板间整体的电容随之会产生变化，故可以通过测量冰层电容值来反应覆冰厚度的变化，在导线上加装绝缘层后，在导线上加装电极，电极间距50mm，线路覆冰后通过测量冰层两端的电压和流过冰层的电流即可计算出电容的大小，电极通过环形紧固型电极固定在导线上；采用锁扣式方式将环形紧固型电极固定在导线上。本发明基于电容值变化的等值覆冰厚度的算法，通过对此结构电极的大量覆冰实验获得冰厚与电容的基础关系为C＝k×De，C为覆冰电容(单位为pF)，D为覆冰厚度(单位为mm)，k，e为覆冰类型，覆冰形状相关的系数；内置算法以此关系为基础，即可通过覆冰电容计算覆冰厚度；根据仿真计算和大量实验结果得知，k的取值范围为20～24，e的取值范围为0.15～0.29。
冬季来临之时，预先采用手机APP应用程序启动监测装置，当在覆冰条件下架空输电线路导线覆冰时，电容电极之间的导线表面积覆冰层，随着冰层厚度的增加，电极之间的电容发生变化，由于冰电介质的介电常数在3左右，覆冰之后电极之间的电容变化较小，为提高测量精度，本发明采用三电极并联电容为单元的方式，也包括在临近导线布置多监测单元并将单元并联的方式提高电容变化量，从而达到提高监测精度的方法。
本发明采取预设电容变化和覆冰增量之间的由大量实验结果得到的标准比对曲线及公式，并预置于控制器内。
本发明提供由导线自取电的方法，在导线传输负荷电流时通过电磁感应线圈取得监测装置的工作和控制电源，并配置储能装置确保停电时继续工作一定的时间。
本发明提供由工频电源转换的高频激励电源，用于更准确地测量电容的变化量，并优化高频激励的频率和幅值。所述高频励磁电源变换单元的输出频率为1Mhz以上。
本发明采用手机APP应用程序和手机模块的通讯方式，实现监测数据与状态的实施动态在线监测。
采取上述发明的导线覆冰监测过程，实现输电线路导线的覆冰自动监测，精确监测导线的覆冰厚度和状态，为输电线路的安全运行提供保障，从而达到防止输电线路因覆冰超过预期而导致输电线路发生覆冰灾害，进而保证整个输电线路的安全稳定运行，避免由于地线覆冰过载引起各种故障和灾害的目的，避免输电线路发生灾害停运造成的经济损失和社会影响。
能够准确实时监测导线的覆冰厚度，并采用手机通讯和APP应用程序的方式及时通知相关人员输电线路覆冰的状态，进而采取必要的技术手段预防输电线路发生覆冰灾害事故，从而避免因导线覆冰过载而发生供电失效和输电线路灾害。该方法可在输电线路不停电条件下实时动态监测覆冰状态，相比其它方法，具有可应用范围更广，不受气象条件影响的优点，可确保及时掌握输电线路覆冰的安全状态，从而达到防止导线因覆冰过载导致输电线路发生覆冰灾害，进而保证输电线路系统的安全稳定运行，避免由于导线覆冰引发事故和灾害带来的巨大经济效益和社会影响。

Claims (7)

1.一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置，它包括控制单元，其特征在于：取电单元与高频励磁电源变换单元通过导线连接；高频励磁电源变换单元与监测单元通过导线连接；监测单元与控制单元通过导线连接；所述监测单元为等间距三电极并联电容。
2.根据权利要求1所述的一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置，其特征在于：所述取电单元包括取能线圈，所述取能线圈为电磁式互感器；取能线圈接入导线从导线取电；取能线圈输出端与整流电路连接；整流电路与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与保护电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置，其特征在于：所述高频励磁电源变换单元的输出频率为1Mhz以上。
4.一种利用如权利要求1所述的基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置的监测方法，它包括：
步骤1、在导线上需要固定监测单元的地方加装绝缘层；
步骤2、在绝缘层上安装等间距三电极并联电容；
步骤3、等间距三电极并联电容采用锁扣锁紧；
步骤4、控制单元计算覆冰厚度值；
步骤5、覆冰厚度值通过远程通讯单元发送至监测终端。
5.根据权利要求4所述的基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置的监测方法，其特征在于：所述等间距三电极并联电容采用圆环式电容。
6.根据权利要求4所述的基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置的监测方法，其特征在于：覆冰厚度值的计算方法为：电容传感器公式
Figure FDA0003967975400000021
式中：S为电极面积，d为电极间距；当电极面积和电极间距固定时，随着覆冰厚度的增长，电极间整体的电容随之会产生变化；因此通过测量冰层电容值来反应覆冰厚度的变化；覆冰厚度与电容的基础关系为C＝k×De，C为覆冰电容，单位为pF，D为覆冰厚度,单位为mm，k和e为覆冰类型和覆冰形状相关系数。
7.根据权利要求4所述的基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置的监测方法，其特征在于：所述覆冰厚度值通过远程通讯单元发送至监测终端的方法为：采用手机APP应用程序和手机模块的通讯方式实现监测数据与状态的实施动态在线监测。
CN202110584496.1A 2021-05-27 2021-05-27 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法 Active CN113324467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110584496.1A CN113324467B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110584496.1A CN113324467B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113324467A CN113324467A (zh) 2021-08-31
CN113324467B true CN113324467B (zh) 2023-03-31

Family

ID=77421753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110584496.1A Active CN113324467B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113324467B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB286792A (en) * 1926-12-11 1928-03-12 Richard Lovell Cleaver Improvements in circuits and apparatus for use in amplifiers working at radio frequencies
FR74187E (fr) * 1958-01-24 1960-11-07 Soc De Traitements Electrolytiques Et Electrothermiques Perfectionnements aux dispositifs de trempe par induction
US4766369A (en) * 1986-03-31 1988-08-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ice detector
US4941363A (en) * 1988-08-11 1990-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Sensor for measurement of the torque acting on a rotating shaft
US9691669B1 (en) * 2015-08-28 2017-06-27 Pdf Solutions, Inc. Test structures and methods for measuring silicon thickness in fully depleted silicon-on-insulator technologies
CN110146008A (zh) * 2019-05-16 2019-08-20 西安工程大学 基于叉指电容传感器的覆冰参量和状态的监测方法
CN210090238U (zh) * 2019-02-28 2020-02-18 西安工程大学 一种输电线路覆冰监测系统
CN111998814A (zh) * 2020-08-26 2020-11-27 贵州电网有限责任公司 一种输电线路和高空输电线路覆冰厚度获取方法及计算仪

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB825179A (en) * 1956-04-30 1959-12-09 Giardino Loris Improvements in or relating to electromechanical measuring devices
DE3308141A1 (de) * 1983-03-08 1984-09-13 Martin 7120 Bietigheim-Bissingen Lang Verfahren zur erkennung der vereisung an energiedaechern und luftwaermetauschern von waermepumpen
CA1283449C (en) * 1987-05-28 1991-04-23 Government Of The United States As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration (The) Ice detector
DE4031210A1 (de) * 1990-10-04 1992-04-09 Bosch Gmbh Robert Kapazitiver sensor zur messung eines kraftstoffwandfilms
US6384611B1 (en) * 1996-11-18 2002-05-07 The B. F. Goodrich Company Ice thickness detector
US9562757B2 (en) * 2009-10-02 2017-02-07 The Controls Group, Inc. Removal of an accumulated frozen substance from a cooling unit
CN202204614U (zh) * 2011-08-25 2012-04-25 王孝敬 一种测量架空输电线路导线弧垂及导线温度的监测装置
CN103292683B (zh) * 2013-05-31 2016-04-13 太原理工大学 电容感应式架空输电线路覆冰厚度检测装置及检测方法
CN204575024U (zh) * 2015-03-19 2015-08-19 河南东力重工机械有限公司 一种检测金属板带厚度的电容传感器的结构
US10209054B2 (en) * 2016-04-20 2019-02-19 Duke University Non-invasive thickness measurement using capacitance measurement
CN205825894U (zh) * 2016-06-22 2016-12-21 刘思楚 一种内径测量装置
KR102503129B1 (ko) * 2016-07-22 2023-02-23 엘지이노텍 주식회사 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치
CN106767639A (zh) * 2017-03-06 2017-05-31 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种覆冰工况下的垂直档距取值方法
CN107228646B (zh) * 2017-06-27 2019-11-05 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种输电线路等值覆冰厚度计算方法
CN107367529B (zh) * 2017-08-15 2020-11-24 芯海科技（深圳）股份有限公司 凝霜传感器及具有凝霜检测功能的蒸发器
CN107607439B (zh) * 2017-08-22 2020-03-27 西安工程大学 一种输电导线覆冰类型自动识别装置及识别方法
CN109059355B (zh) * 2018-07-20 2021-02-26 广东美的制冷设备有限公司 换热器结霜检测装置、换热器、空调器及其除霜控制方法
CN109038445B (zh) * 2018-08-23 2021-01-15 国网湖南省电力有限公司 一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法
CN109085196B (zh) * 2018-10-30 2024-05-14 西南大学 单电容热膨胀测量仪
CN109799272A (zh) * 2019-01-28 2019-05-24 西安工程大学 一种基于电容效应的复合绝缘子覆冰生长监测系统
CN109752282A (zh) * 2019-02-28 2019-05-14 西安工程大学 覆冰传感器及其应用的输电线路覆冰监测系统和监测方法
CN110044976A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 淮阴师范学院 用于检测q235碳钢腐蚀的叉指电容式传感器
CN209764004U (zh) * 2019-05-24 2019-12-10 西安工程大学 一种基于变介质电容式传感器的覆冰厚度测量装置
CN112815817B (zh) * 2021-01-19 2023-05-12 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 一种非接触式电容传感器装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB286792A (en) * 1926-12-11 1928-03-12 Richard Lovell Cleaver Improvements in circuits and apparatus for use in amplifiers working at radio frequencies
FR74187E (fr) * 1958-01-24 1960-11-07 Soc De Traitements Electrolytiques Et Electrothermiques Perfectionnements aux dispositifs de trempe par induction
US4766369A (en) * 1986-03-31 1988-08-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ice detector
US4941363A (en) * 1988-08-11 1990-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Sensor for measurement of the torque acting on a rotating shaft
US9691669B1 (en) * 2015-08-28 2017-06-27 Pdf Solutions, Inc. Test structures and methods for measuring silicon thickness in fully depleted silicon-on-insulator technologies
CN210090238U (zh) * 2019-02-28 2020-02-18 西安工程大学 一种输电线路覆冰监测系统
CN110146008A (zh) * 2019-05-16 2019-08-20 西安工程大学 基于叉指电容传感器的覆冰参量和状态的监测方法
CN111998814A (zh) * 2020-08-26 2020-11-27 贵州电网有限责任公司 一种输电线路和高空输电线路覆冰厚度获取方法及计算仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN113324467A (zh) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201637791U (zh) 高压并联电容器在线监测系统
CN102564493B (zh) 一种架空输电线路舞动在线监测系统
CN201993905U (zh) 基于ZigBee网络的温度在线监测预警系统
CN103592580A (zh) 一种绝缘子雾霾与污闪在线监测系统及方法
CN105322665A (zh) 用于高压输电线路的共振式无线供电系统
CN103234578A (zh) 基于ZigBee网络的开关柜环境状态参数监测装置
CN110196356A (zh) 无源式频域介电谱在线测量分析系统及方法
CN219715710U (zh) 一种高压电缆护层接地电流在线监测装置
CN113091888A (zh) 一种面向输电线路的自供能振动监测系统
CN111220288A (zh) 一种高压开关柜智能温度检测系统
CN113324467B (zh) 基于冰介质电容效应的导线等值覆冰厚度监测装置及方法
CN105698962A (zh) 一种用于高压设备的远传谐振型saw温度传感装置
CN209764004U (zh) 一种基于变介质电容式传感器的覆冰厚度测量装置
CN203414072U (zh) 输电线路弧垂监测系统
CN205176195U (zh) 一种电缆外护套绝缘状态监测装置
CN201993434U (zh) 一种基于无线传感器网络的配电网故障快速定位系统
CN203479976U (zh) 一种变压器绕组放电试验装置
CN105046018A (zh) 一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置及监测方法
CN202974426U (zh) 智能输电线路杆塔振动监测系统
CN209046369U (zh) 一种电能采集装置
CN205176847U (zh) 一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置
CN111025005B (zh) 一种基于空间电容分压的电压测量方法及装置
CN203858037U (zh) 35kV电力电容器无线测温监测装置
CN114089090A (zh) 一种电容分压取电的配电网故障指示器及其控制方法
CN112083265A (zh) 一种故障指示系统及一种复合绝缘子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant