CN117232408A - 一种输电线路导线覆冰厚度监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电网运维技术领域，尤其是指一种输电线路导线覆冰厚度监测装置及方法。所述输电线路导线覆冰厚度监测装置包括：导线温度监测模块，用于监测导线温度；激光测距模块，用于获得监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；数据获取模块，通过无线通信获取目标档的初始状态数据；控制运算模块，用于根据导线温度、监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、目标档的初始状态数据进行运算，得到导线的覆冰厚度；无线通信模块，用于将所述输电线路导线的导线覆冰厚度上传至主控平台。所述监测装置计算结果准确度高，可以布置在输电线路任意位置，降低了对监测点的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电网运维技术领域，尤其是指一种输电线路导线覆冰厚度监测装置及方法。
背景技术
电网中的输电线路用于将发电厂产生的电能从发电厂输送到不同地区，包括导线和支撑用的杆塔。输电线路中导线覆冰引起的脱冰跳跃、绝缘子闪络、断线、倒塔等问题，严重威胁电力系统的稳定和安全运行，准确获取导线覆冰厚度对于覆冰处置和防御冰灾具有重要的意义。
现有覆冰厚度监测方法主要有图像监测法、拉力传感器法、分布式光纤法和人工测量法。其中，图像监测法通过图像处理技术获取导线覆冰厚度，易受大雾、雨雪冰冻天气影响而导致失效。拉力传感器法根据悬挂点载荷变化得到输电线路的导线等值覆冰厚度，需对线路金具改造更换，且长期恶劣天气下可靠性较低。分布式光纤通过光学参量变化获得OPGW覆冰厚度，无法准确等效为输电线路中导线的覆冰厚度。人工测法量需上塔采样或根据现场跌落冰块进行折算获得覆冰厚度，覆冰区域多跨越高山大岭，人员难以到达，取冰难度大。因此，现有的导线覆冰厚度测量手段的准确性和可靠性仍不能完全满足实际应用的需求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中输电线路导线覆冰厚度测量手段的准确性和可靠性仍不能完全满足实际应用的需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，包括：
导线温度监测模块，用于实时监测输电线路导线的温度；
激光测距模块，用于获得监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；所述目标档指覆冰厚度监测装置所在的导线及所述导线两侧的杆塔；
数据获取模块，通过无线通信获取目标档的初始状态数据；
控制运算模块，与所述导线温度监测模块、激光测距模块和数据获取模块连接，用于接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，并进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度；
无线通信模块，与所述控制运算模块连接，用于将数据上传至主控平台；
感应取电模块，安装在输电线路的导线上为各模块提供电源；
壳体，所述导线测温模块、激光测距模块、数据获取模块、控制运算结构、无线通信模块和感应取电模块设置在壳体内；
固定件，与壳体连接，用于将壳体固定在输电线路的导线上。
在本发明的一个实施例中，所述数据获取模块获取目标档的初始状态数据，包括目标档的档距，高差角，杆塔呼高，任一气象条件下已知的导线应力、导线温度和导线比载，导线截面积，导线外径，导线单位质量，导线的弹性系数。
在本发明的一个实施例中，所述导线温度监测模块和激光测距模块依据用户设置的预设频次采集监测数据。
在本发明的一个实施例中，所述控制运算模块进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度的步骤包括：
根据导线的受力状态进行分析，得到架空线斜抛物线方程的弧垂公式和导线状态方程，并联立得到监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式；
根据所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离，求得监测装置处的弧垂值；
将所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述监测装置处的弧垂值和所述导线测温模块发送的导线温度代入所述监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式，求得监测装置处导线的覆冰厚度。
在本发明的一个实施例中，所述架空线斜抛物线方程弧垂公式为：
其中fx为监测装置处的弧垂，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，l为档距，σ0为运行状态下导线最低点的水平应力，β为高差角；
其中γ为沿悬挂线均匀分布的导线比载，b为监测装置处导线的覆冰厚度，d为导线外径，S为导线的截面积，m为导线单位长度质量，g为重力加速度；
所述导线状态方程为：
其中γm为任一气象条件下已知的导线比载，E为导线的弹性系数，σm为任一气象条件下已知的导线应力，tm为任一气象条件下已知的导线温度，α为导线温度伸长系数，t为导线温度。
在本发明的一个实施例中，所述监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式为：
其中，d为导线外径，fx为监测装置处的弧垂，l为档距，E为导线的弹性系数，β为高差角，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，γm为任一气象条件下已知的导线比载，σm为任一气象条件下已知的导线应力，α为导线温度伸长系数，t为导线温度，tm为任一气象条件下已知的导线温度，S为导线的截面积，m为导线单位长度质量，g为重力加速度。
在本发明的一个实施例中，所述监测装置处的弧垂值fx为：
fx＝hA+xtanβ-y
其中，hA为杆塔呼高，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，y为监测装置距离地面的垂直距离，β为高差角。
在本发明的一个实施例中，所述感应取电模块基于电磁感应原理从导线上获取能量，为各模块提供电源。
在本发明的一个实施例中，所述控制运算模块存储至少30天运算所需数据及结果。
本发明基于上述输电线路导线覆冰厚度监测装置，还提出一种输电线路导线覆冰厚度监测方法，包括：
所述数据获取模块通过无线通信获取目标档的初始状态数据；
利用所述激光测距模块获取监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；
利用所述导线温度监测模块测得导线温度；
所述控制运算模块接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度；
所述控制运算模块通过所述无线通信模块将数据上传至主控平台。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的输电线路导线覆冰厚度监测装置基于导线受力分析推导得到导线覆冰厚度，根据导线温度监测模块测量的导线温度以及数据获取模块获取的初始状态数据，通过导线斜抛物线方程和状态方程进行运算，再根据激光测距模块的监测数据计算求得导线弧垂，最终求解得到导线的覆冰厚度，所需数据较少且容易测量，受恶劣天气的影响较小，不仅降低了实时监测输电线路导线覆冰厚度的难度、准确度高，而且可以布置在输电线路导线的任意位置，降低了对监测点的要求。
本发明提供的输电线路导线覆冰厚度监测方法方便快捷，无需人工现场测量，降低了监测输电线路导线覆冰厚度的难度，易于实施。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明提供的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置结构图；
图2是本发明提供的一种输电线路导线覆冰厚度监测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一：
参照图1所示，本实施例提供了一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，包括导线温度监测模块、激光测距模块、数据获取模块、控制运算模块、无线通信模块、感应取电模块、壳体和固定件。
所述导线温度监测模块用于实时监测输电线路的导线温度并输出至控制运算模块。
所述激光测距模块用于获得监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离，并输出至控制运算模块。所述目标档指覆冰厚度监测装置所在的导线及所述导线两侧的杆塔。所述目标档低位悬挂点指两侧杆塔悬挂导线，挂点低的一侧杆塔。
所述导线温度监测模块和所述激光测距模块每隔一段时间采集一次监测数据，采集频次用户可根据实际需要进行设置。
所述数据获取模块通过无线通信获取目标档的初始状态数据并输出至控制运算模块。所述目标档的初始状态数据包括目标档的档距，高差角，杆塔呼高，任一气象条件下已知的导线应力、导线温度和导线比载，如在安装杆塔时的气象条件下测得的导线应力、导线温度和导线比载，导线截面积，导线外径，导线单位质量，导线的弹性系数。
所述控制运算模块与所述导线温度监测模块、激光测距模块和数据获取模块连接，用于接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，并进行运算，得到输电线路中导线的覆冰厚度，并存储至少30天运算所需数据及结果。
所述无线通信模块与所述控制运算模块连接，用于将所述输电线路导线的覆冰厚度上传至主控平台。
所述感应取电模块安装在导线上基于电磁感应原理从导线上获取能量，为各模块提供电源，提供较高的供电可靠性的同时，优化了装置结构。
所述导线测温模块、激光测距模块、数据获取模块、控制运算结构、无线通信模块和感应取电模块设置在壳体内。所述固定件与壳体连接，用于将壳体固定在导线上。
所述控制运算模块进行运算，得到输电线导线的覆冰厚度的步骤包括：
根据导线的受力状态进行分析，得到架空线斜抛物线方程的弧垂公式：
其中fx为监测装置处的弧垂，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，l为档距，σ0为运行状态下导线最低点的水平应力，β为高差角。
其中λ为沿悬挂线均匀分布的导线比载，b为监测装置处导线的覆冰厚度，d为导线外径，S为导线的截面积，m为导线单位长度质量，g为重力加速度，取g＝9.80665m/s2。
得到导线状态方程：
其中γm为任一气象条件下已知的导线比载，E为导线的弹性系数，σm为任一气象条件下已知的导线应力，tm为任一气象条件下已知的导线温度，α为导线温度伸长系数，t为导线温度。
联立所述架空线斜抛物线方程的弧垂公式和所述导线状态方程，能够得到监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式为：
根据所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离，求得监测装置处的弧垂值：
fx＝hA+xtanβ-y
其中，hA为杆塔呼高，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，y为监测装置距离地面的垂直距离，β为高差角。
将所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述监测装置处的弧垂值和所述导线测温模块发送的导线温度代入所述监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式，能够求得监测装置处导线的覆冰厚度。
本实施例提供的输电线路导线覆冰厚度监测装置基于导线受力分析推导得到导线覆冰厚度，仅需实时监测该装置距离目标档低位悬挂点的水平距离、距离地面的垂直距离和导线温度，所需数据较少且容易测量，受恶劣天气的影响较小，不仅降低了实时监测输电线路导线覆冰厚度的难度、准确度高，而且可以布置在输电线路任意位置，降低了对监测点的要求。
实施例二：
基于上述实施例一提供的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，本申请实施例还提供了一种输电线路导线覆冰厚度监测方法，参照图2所示，步骤包括：
数据获取模块通过无线通信获取目标档的初始状态数据；
利用激光测距模块获取监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；
利用导线温度监测模块测得导线温度；
控制运算模块接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度；
控制运算模块通过无线通信模块将输电线路导线的覆冰厚度上传至主控平台。
本实施例提供的输电线路覆冰厚度监测方法方便快捷，无需人工现场测量，降低了监测输电线路导线覆冰厚度的难度，易于实施，且准确度高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，包括：
导线温度监测模块，用于实时监测输电线路导线的温度；
激光测距模块，用于获得监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；所述目标档指覆冰厚度监测装置所在的导线及所述导线两侧的杆塔；
数据获取模块，通过无线通信获取目标档的初始状态数据；
控制运算模块，与所述导线温度监测模块、激光测距模块和数据获取模块连接，用于接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，
并进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度；
无线通信模块，与所述控制运算模块连接，用于将数据上传至主控平台；
感应取电模块，安装在输电线路的导线上为各模块提供电源；
壳体，所述导线测温模块、激光测距模块、数据获取模块、控制运算结构、无线通信模块和感应取电模块设置在壳体内；
固定件，与壳体连接，用于将壳体固定在输电线路的导线上。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述数据获取模块获取目标档的初始状态数据，包括目标档的档距，高差角，杆塔呼高，任一气象条件下已知的导线应力、导线温度和导线比载，导线截面积，导线外径，导线单位质量，导线的弹性系数。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述导线温度监测模块和激光测距模块依据用户设置的预设频次采集监测数据。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述控制运算模块进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度的步骤包括：
根据导线的受力状态进行分析，得到架空线斜抛物线方程的弧垂公式和导线状态方程，并联立得到监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式；
根据所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离，求得监测装置处的弧垂值；
将所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据、所述监测装置处的弧垂值和所述导线测温模块发送的导线温度代入所述监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式，求得监测装置处导线的覆冰厚度。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述架空线斜抛物线方程弧垂公式为：
其中fx为监测装置处的弧垂，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，l为档距，σ0为运行状态下导线最低点的水平应力，β为高差角；
其中γ为沿悬挂线均匀分布的导线比载，b为监测装置处导线的覆冰厚度，d为导线外径，S为导线的截面积，m为导线单位长度质量，g为重力加速度；
所述导线状态方程为：
其中γm为任一气象条件下已知的导线比载，E为导线的弹性系数，σm为任一气象条件下已知的导线应力，tm为任一气象条件下已知的导线温度，α为导线温度伸长系数，t为导线温度。
6.根据权利要求4所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述监测装置处导线覆冰厚度与弧垂和导线温度的关系式为：
其中，d为导线外径，fx为监测装置处的弧垂，l为档距，E为导线的弹性系数，β为高差角，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，γm为任一气象条件下已知的导线比载，σm为任一气象条件下已知的导线应力，α为导线温度伸长系数，t为导线温度，tm为任一气象条件下已知的导线温度，S为导线的截面积，m为导线单位长度质量，g为重力加速度。
7.根据权利要求4所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述监测装置处的弧垂值fx为：
fx＝hA+xtanβ-y
其中，hA为杆塔呼高，x为监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离，y为监测装置距离地面的垂直距离，β为高差角。
8.根据权利要求1所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述感应取电模块基于电磁感应原理从导线上获取能量，为各模块提供电源。
9.根据权利要求1所述的一种输电线路导线覆冰厚度监测装置，其特征在于，所述控制运算模块存储至少30天运算所需数据及结果。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的输电线路导线覆冰厚度监测方法，其特征在于，包括：
所述数据获取模块通过无线通信获取目标档的初始状态数据；
利用所述激光测距模块获取监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离；
利用所述导线温度监测模块测得导线温度；
所述控制运算模块接收所述导线温度监测模块发送的导线温度、所述激光测距模块发送的监测装置距离目标档低位悬挂点的水平距离和监测装置距离地面的垂直距离、所述数据获取模块发送的目标档的初始状态数据，进行运算，得到输电线路导线的覆冰厚度；
所述控制运算模块通过所述无线通信模块将数据上传至主控平台。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118009897A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种架空输电线路弧垂监测系统及方法 |
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2023
- 2023-09-20 CN CN202311217601.3A patent/CN117232408A/zh active Pending
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| CN118009897A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种架空输电线路弧垂监测系统及方法 |
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