CN115420354A - 一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置，它包括：选取八圆柱体积冰器作为测量装置并确定结构参数；在非覆冰时期，将测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上；初次形成自然覆冰时，八圆柱体积冰器通过底部的电机带动圆柱体旋转工作，实时测量覆冰质量，并反算出大气覆冰参数并记录结果；输电线路开始进行人工融冰时，装置接收到线路融冰电流值和融冰作业启动信号，通过控制模块对八圆柱体积冰器的A1~A4圆柱体进行加热；根据实时测量的覆冰质量，计算输电线路单位长度覆冰增长重量和本次的单位融冰质量；解决了测量装置无法实时测量输电线路和大气环境的覆冰情况及融冰后的输电线路实时覆冰情况等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于输电线路覆冰监测技术领域，尤其涉及一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置。
背景技术
中、重覆冰区域输电线路的覆冰监测是覆冰灾害防御的基础，中、重覆冰区域输电线路地理环境复杂、气候恶劣，人工观冰、测冰难度大，且缺乏实时性。目前直接安装在线路上的倾角传感器、拉力传感器等设备测量结果受环境瞬态风速和低温的影响较大，无法实时测量输电线路和大气环境的覆冰情况，尤其是融冰后的输电线路会发生脱冰跳跃，对线路直接测量设备具有较大的冲击，导致融冰后的测量故无法实时反映覆冰情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置，以解决现有技术的测量装置无法实时测量输电线路和大气环境的覆冰情况，尤其是人工融冰后的输电线路实时覆冰情况等技术问题。
本发明技术方案是：
一种输电线路覆冰实时测量方法，它包括：
步骤1、选取八圆柱体积冰器作为测量装置，并确定测量装置的结构参数；
步骤2、在非覆冰时期，将测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上；
步骤3、初次形成自然覆冰时，八圆柱体积冰器通过底部的电机带动圆柱体旋转工作，实时测量覆冰质量，并根据覆冰质量的变化反算出大气覆冰参数并记录结果；
步骤4、输电线路开始进行人工融冰时，装置接收到线路融冰电流值和融冰作业启动信号，通过控制模块对八圆柱体积冰器的A1~A4圆柱体进行加热；
步骤5、根据实时测量的覆冰质量，确定A1~A4圆柱体融冰功率，计算输电线路单位长度覆冰增长重量和本次的单位融冰质量。
步骤6、通过实时测量输电线路和大气环境的覆冰参数，根据各个时间节点的大气覆冰参数，计算每个时间节点的输电线路的单位长度覆冰质量，从而得到本次融冰过程中的融冰线路单位长度上的覆冰质量。
所述八圆柱体积冰器包括可实现电加热的四个积冰圆柱体A1~A4、非加热的四个积冰圆柱体B1~B4和底座，八个积冰圆柱体A1~A4和B1~B4的圆心分别位于底座的同心圆上，A1~A4和B1~B4每个尺寸均不相同，其中A1~A4和B1~B4每个分别相隔90°；A1~A4和B1~B4外表面均采用金属蒙皮，通过防水紧固件与安装在顶座的旋转轴固定；旋转轴另一端同电机连接。
可实现电加热的四个积冰圆柱体A1~A4的直径分别为14mm、18mm、22mm和26mm；可实现电加热的四个积冰圆柱体的隔热材料固定在正温度系数薄膜内侧，再通过贴片固定在金属蒙皮内部，并在底部使用紧固件固定。
八圆柱体积冰器的控制单元包括中央处理模块、控制模块、电源模块和通讯模块；控制模块与中央处理模块连接；中央处理模块与通讯模块连接，电源模块为各个模块提供电源；中央处理模块由处理芯片组成，处理通讯信号、控制信号和A1~A4、B1~B4的测量数据和加热信号；控制模块接受中央处理模块的控制信号，控制A1~A4、B1~B4的旋转和加热动作；通讯模块与外部系统进行数据交互。
将测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上的方法为：将安装位置设置在输电线路与地线或防雷线之间，处在地线防雷的半径内；测量装置装置的积冰圆柱体A1~A4和B1~B4水平平行于输电线路和地线，保证三者之间的轴向方向一致。
步骤3所述大气覆冰参数包括温度、风速、水滴中值直径和液态水含量。
步骤5所述计算输电线路单位长度覆冰增长重量的方法为：根据实际输电线路融冰电流和积冰圆柱体A1~A4、B1~B4实时测量的覆冰质量结果，共同确定积冰圆柱体A1~A4的融冰功率，根据积冰圆柱体A1~A4、B1~B4的覆冰质量结果，反算线路的覆冰质量，结合线路参数和融冰电流大小信息计算线路融冰速率从而确定测量装置的融冰速率，以保证融冰速率相对同步；当A1~A4上的覆冰质量均为零，而B1~B4覆冰质量均不为零时，判定融冰装置已完成融冰，根据B1~B4融冰前、后的覆冰质量反算出输电线路在本次融冰过程中的大气覆冰参数，根据大气覆冰参数计算出输电线路单位长度覆冰增长重量。
当A1~A4测量结果归零时，A1~A4开始重新记录覆冰测量数据；此时A1~A4的测量结果为监测输电线路的实际覆冰参数，B1~B4为自然环境的实际覆冰参数，此时B1~B4的结果与A1~A4的结果之差则是本次的单位融冰质量。
通过反复实现实时测量输电线路和大气环境的覆冰参数，根据各个时间节点的大气覆冰参数，计算每个时间节点的输电线路的单位长度覆冰质量，从而得到本次融冰过程中的融冰线路单位长度上的覆冰质量。
本发明的有益效果：
本发明采用八圆柱体积冰器进行输电线路覆冰实时测量，可大大增强输电线路覆冰实时测量能力，并记录、分析获取的大气环境覆冰参数数据，进而丰富输电线路覆冰的测量手段和提高能源装备灾害防御的预警能力，进一步保证输电线路系统的安全稳定运行，避免由于覆冰引发事故和灾害带来的巨大经济效益和社会影响。
通过本发明的装置和测量方法，能够有效实现目标输电线路和大气环境实时的覆冰测量，降低输电线路观冰、测冰的人工成本，确保目标输电线路的覆冰荷载满足安全运行的要求，实现阈值预警功能，进而丰富输电线路覆冰的测量手段和提高能源装备灾害防御的预警能力，进一步保证输电线路系统的安全稳定运行；同时对大气环境的覆冰情况进行宏观把握，监测并记录输电线路和大气环境的极端覆冰数据，为大气结构物覆冰研究提供数据支撑。
解决了现有技术的测量装置无法实时测量输电线路和大气环境的覆冰情况，尤其是人工融冰后的输电线路实时覆冰情况等技术问题。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明装置外观俯视示意图；
图3为本发明装置外观主视示意图；
图4为本发明装置整体内部结构示意图；
图5为本发明装置安装位置示意图；
图6为本发明装置与输电线路和地线的安装方向示意图；
图7为本发明测量示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图1所示：
S1.根据目标线路的具体情况，设计覆冰实时测量装置的具体结构参数，外观如图2和3所示；
S2.完成覆冰实时测量装置的生产；
S3.非覆冰时期，将输电线路覆冰实时测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上，如图5所示；覆冰实时测量装置安装在杆塔顶部靠近地线处，其位置介于输电线路和地线（防雷线）之间，处在地线防雷的半径内，能够有较好的防雷效果；并使装置的（A1~A4和B1~B4）水平平行于输电线路和地线，尽可能保证三者之间的轴向方向一致，如图6所示；
S4.当初次形成自然覆冰时，八个积冰圆柱体（A1~A4和B1~B4）通过底部的电机带动圆柱体旋转工作，实时测量其覆冰质量，并根据覆冰质量的变化反算出大气覆冰参数（温度、风速、水滴中值直径和液态水含量），记录结果；其中A1~A4中的微型称重传感器测量范围小于B1~B4，故在初始测量时，由A1~A4测量和记录的数据较B1~B4更为精准，故此时以A1~A4测量结果为真实结果；
S5.当输电线路开始进行人工融冰时，由通讯模块接受电网员工发出的线路融冰电流值和融冰作业启动信号，并将该信号传入中央处理模块，随后通过控制模块对A1~A4进行加热。此时，A1~A4的测量结果表示融冰时输电线路的覆冰情况，B1~B4的测量结果表示自然环境的覆冰参数及覆冰情况；
S6.进一步，需要根据实际输电线路融冰电流和A1~A4、B1~B4实时测量的覆冰质量结果，共同确定A1~A4的融冰功率，根据A1~A4、B1~B4的覆冰质量结果，反算线路的覆冰质量和情况，结合线路参数和融冰电流大小信息，计算线路融冰速率，并从而确定测量装置的融冰速率，以保证融冰速率相对同步。当A1~A4上的覆冰质量均为零，而B1~B4覆冰质量均不为零时，可以判定，融冰装置已完成融冰，根据B1~B4融冰前、后的覆冰质量，可以反算出输电线路在本次融冰过程中的大气覆冰参数（温度、风速、水滴中值直径和液态水含量），并继而计算出输电线路单位长度覆冰增长重量；
S7.进一步，当A1~A4测量结果归零时，即输电线路完成融冰后，A1~A4开始重新记录覆冰测量数据。此时，A1~A4的测量结果为监测输电线路的实际覆冰参数，B1~B4为自然环境的实际覆冰参数，此时B1~B4的结果与A1~A4的结果之差则是本次的单位融冰质量；
S8.进一步，可以多次进行S6.，实现实时测量输电线路和大气环境的覆冰参数，进一步根据多个时间节点的大气覆冰参数，计算每个时间节点的输电线路的单位长度覆冰质量，从而进一步得到本次融冰过程中的融冰线路单位长度上的覆冰质量。如图7所示，t1时刻为装置第一次完成融冰，此时输电线路在第一次融冰时的单位长度融冰质量为m3-m2；t2时刻为装置第二次完成融冰，此时输电线路在第二次融冰时的单位长度融冰质量为m4-m3-m1。
本发明提供的一种输电线路覆冰实时测量装置，是基于八圆柱体积冰器用于输电线路实时测量覆冰的装置。
内部结构如图4所示，包括：可实现电加热的四个积冰圆柱体（A1~A4）、非加热的四个积冰圆柱体（B1~B4）和装置底座，装置底座里包括：中央处理模块、控制模块、电源模块和通讯模块，固定支架；
八个积冰圆柱体（A1~A4、B1~B4）的圆心分别位于底座的同心圆上，A1~A4、B1~B4每个尺寸均不相同，其中A1~A4和B1~B4每个分别相隔90°。A1~A4、B1~B4外表面均采用金属蒙皮，通过防水紧固件与安装在顶座的旋转轴固定起来。旋转轴另一端同电机连接，通过该方式，积冰圆柱体随电机工作同时旋转，旋转电机后装配测重仪器，能够对每个圆柱体质量精准测量。
A1~A4直径分别为14mm、18mm、22mm、26mm，首先将隔热材料固定在正温度系数薄膜内侧，再通过类似贴片的形式使用耐高温胶将其一起固定在金属蒙皮内部，并在底部使用紧固件固定。为了在重覆冰下实现覆冰质量的测量，B1~B4的直径较A1~A4大，分别为30mm、36mm、42mm、48mm，内部无加热材料，且测重仪器量程更大。由于正温度系数加热材料效率高，且圆柱体内部具有隔热层，积冰器融冰率高，故该装置所需总体功率不大。
中央处理模块：由各种处理芯片组成，能够处理通讯信号、控制信号和A1~A4、B1~B4的测量数据和加热信号，是装置的核心部件。
电源模块：将输入的交流电转换成不同等级电源，分别给控制模块、（A1~A4、B1~B4）中的自转电机提供12VDC供电，给中央处理模块、控制模块和通讯模块提供5VDC及3.3VDC供电，给（A1~A4、B1~B4）中的加热提供24VDC~100VDC可调的供电，保证融冰功率可调。
控制模块主要功能：接受中央处理模块信号，控制A1~A4、B1~B4的旋转、加热等动作；
通讯模块主要功能：接收输电线路融冰信号，发出融冰装置的融冰信号和融冰装置的测量结果；
具体地：冬季覆冰条件下，中、重覆冰区域的输电线路和大气环境需要实时测量覆冰参数，分析得到实际覆冰情况，以在输电线路覆冰阈值时开展人工融冰工作。而输电线路的覆冰测量缺乏较为可靠地测量装置，更为重要的是，没有针对融冰的输电线路覆冰情况进行实时反映和测量方法，故仍需要人工对输电线路覆冰情况进行观测，存在安全隐患和实施难度。
同时，由于重覆冰输电线路一般在地形复杂区域，冬季人员实时观冰极不实际，需要一种可靠的实时覆冰测量装置，为输电线路的预警和灾害防御提供数据。
因此，输电线路和大气环境需要实时测量覆冰情况，而人工观冰存在安全隐患，故八圆柱体积冰器是一种能够有效实时测量覆冰装置。通过将八圆柱体积冰器实时测量，融、冰前后输电线路的覆冰质量，能够提高输电线路的覆冰监测能力和灾害预警能力。
Claims (10)
1.一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：它包括：
步骤1、选取八圆柱体积冰器作为测量装置，并确定测量装置的结构参数；
步骤2、在非覆冰时期，将测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上；
步骤3、初次形成自然覆冰时，八圆柱体积冰器通过底部的电机带动圆柱体旋转工作，实时测量覆冰质量，并根据覆冰质量的变化反算出大气覆冰参数并记录结果；
步骤4、输电线路开始进行人工融冰时，装置接收到线路融冰电流值和融冰作业启动信号，通过控制模块对八圆柱体积冰器的A1~A4圆柱体进行加热；
步骤5、根据实时测量的覆冰质量，确定A1~A4圆柱体融冰功率，计算输电线路单位长度覆冰增长重量和本次的单位融冰质量。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：它还包括：
步骤6、通过实时测量输电线路和大气环境的覆冰参数，根据各个时间节点的大气覆冰参数，计算每个时间节点的输电线路的单位长度覆冰质量，从而得到本次融冰过程中的融冰线路单位长度上的覆冰质量。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：所述八圆柱体积冰器包括可实现电加热的四个积冰圆柱体A1~A4、非加热的四个积冰圆柱体B1~B4和底座，八个积冰圆柱体A1~A4和B1~B4的圆心分别位于底座的同心圆上，A1~A4和B1~B4每个尺寸均不相同，其中A1~A4和B1~B4每个分别相隔90°；A1~A4和B1~B4外表面均采用金属蒙皮，通过防水紧固件与安装在顶座的旋转轴固定；旋转轴另一端同电机连接。
4.根据权利要求3所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：可实现电加热的四个积冰圆柱体A1~A4的直径分别为14mm、18mm、22mm和26mm；可实现电加热的四个积冰圆柱体的隔热材料固定在正温度系数薄膜内侧，再通过贴片固定在金属蒙皮内部，并在底部使用紧固件固定。
5.根据权利要求3所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：八圆柱体积冰器的控制单元包括中央处理模块、控制模块、电源模块和通讯模块；控制模块与中央处理模块连接；中央处理模块与通讯模块连接，电源模块为各个模块提供电源；中央处理模块由处理芯片组成，处理通讯信号、控制信号和A1~A4、B1~B4的测量数据和加热信号；控制模块接受中央处理模块的控制信号，控制A1~A4、B1~B4的旋转和加热动作；通讯模块与外部系统进行数据交互。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：将测量装置的底座通过螺栓固定件安装在目标线路杆塔上的方法为：将安装位置设置在输电线路与地线或防雷线之间，处在地线防雷的半径内；测量装置装置的积冰圆柱体A1~A4和B1~B4水平平行于输电线路和地线，保证三者之间的轴向方向一致。
7.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：步骤3所述大气覆冰参数包括温度、风速、水滴中值直径和液态水含量。
8.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：步骤5所述计算输电线路单位长度覆冰增长重量的方法为：根据实际输电线路融冰电流和积冰圆柱体A1~A4、B1~B4实时测量的覆冰质量结果，共同确定积冰圆柱体A1~A4的融冰功率，根据积冰圆柱体A1~A4、B1~B4的覆冰质量结果，反算线路的覆冰质量，结合线路参数和融冰电流大小信息计算线路融冰速率从而确定测量装置的融冰速率，以保证融冰速率相对同步；当A1~A4上的覆冰质量均为零，而B1~B4覆冰质量均不为零时，判定融冰装置已完成融冰，根据B1~B4融冰前、后的覆冰质量反算出输电线路在本次融冰过程中的大气覆冰参数，根据大气覆冰参数计算出输电线路单位长度覆冰增长重量。
9.根据权利要求8所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：当A1~A4测量结果归零时，A1~A4开始重新记录覆冰测量数据；此时A1~A4的测量结果为监测输电线路的实际覆冰参数，B1~B4为自然环境的实际覆冰参数，此时B1~B4的结果与A1~A4的结果之差则是本次的单位融冰质量。
10.根据权利要求8所述的一种输电线路覆冰实时测量方法，其特征在于：通过反复实现实时测量输电线路和大气环境的覆冰参数，根据各个时间节点的大气覆冰参数，计算每个时间节点的输电线路的单位长度覆冰质量，从而得到本次融冰过程中的融冰线路单位长度上的覆冰质量。
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