CN204514278U - 输电线路覆冰厚度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种输电线路覆冰厚度测量仪，包括仪器支架、编程运算器、光电测角器以及便携式气温计，所述处理运算器和所述光电测角器安装在所述仪器支架上，所述便携式温度计可拆卸地固定在所述仪器支架上。本实用新型的输电线路覆冰厚度测量仪利用光电测角仪来测量输电线路某一档的几个特定的角度值，利用便携式气温计测量覆冰时的气温，再通过编程计算器计算得到等值覆冰厚度。本实用新型的输电线路覆冰观测仪器，使用过程中不会与高压线路接触，不会对输电线路产生任何负面影响，能够实时实地精确测量某一档架空线的等值覆冰厚度，方便判断覆冰时架空线的运行状态。

Description

输电线路覆冰厚度测量仪

【技术领域】

本实用新型涉及输电线路覆冰厚度测量仪器领域。

【背景技术】

输电线路是电网中电能传输的主要部件，输电线路的正常、安全运行是避免电网重大事故的重要保障，而覆冰事故对输电线路的运行安全造成了严重威胁。严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，由此引起输电线路倒杆、倒塔、导线舞动、断线(股)、导线相间或对地放电、绝缘子闪络等事故，造成供电中断，给电力系统的安全稳定运行造成严重威胁。

我国地域辽阔气象复杂善变，是世界上输电线路覆冰较多的国家之一。2008年初春的罕见冰雪灾害给全国电网造成了有史以来最严重的破坏。此次冰雪灾害是由大范围、长时间的低温潮湿的雨雪冰冻天气造成的。同时这也反映出了我国电网抵御恶劣天气的能力不足，缺乏在第一时间掌握线路覆冰后的覆冰情况的手段。输电线路要经过高海拔、污秽、覆冰等各种复杂环境地区，地形地貌的复杂多变造成了我国不少地方具有微地形和微气象特征，微气象条件是输电线路冰灾事故的重要原因。如何有效判断输电线路覆冰程度成为国内外重要研究课题。

对输电线路覆冰情况检测的传统方法主要有小型气象站法、图像监测法、倾角-弧垂测量法、称重法、模拟法等。

小型气象站法是对空气温度、湿度、风速、风向、降雪等气象条件进行实时监测，根据覆冰模型和持续易产生覆冰气象天气的时间，进行对覆冰进行预测。这需要大量的历史数据，不同的环境不同的地形的模型也不尽相同。

图像监控法和倾角-弧垂测量法需要从在线监测装置获得传感器数据，而在线监测装置的电源问题及整个装置的可靠性问题，目前一直没有很好的解决办法。

模拟法是在架空线路附近建立观测站或者观冰站，对架设与导线或地线型号和材质相同的模拟导线或地线，对模拟导线的覆冰厚度进行检测，该方法由于模拟导线离架空线路距离较远，模拟导线所受的自然环境与真实导线的环境不同，而导致模拟测量出现较大误差。

目前已有的覆冰检测装置或者方式都无法解决其稳定性、可靠性问题，因此在电力部门并没有大规模推广应用。目前电力部门依然会在覆冰时期，派专人蹲守相应的严重覆冰的线路，采取各种措施保证线路在恶劣气象条件下的正常运行。人工蹲守覆冰线路时，仅凭人眼并不能有效的判断覆冰的程度及厚度。

【实用新型内容】

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种输电线路覆冰厚度测量仪，具有可行性较强、测量数据精度高、便于人工携带及维护的特点。

一种输电线路覆冰厚度测量仪，所述输电线路覆冰厚度测量仪包括仪器支架、编程运算器、光电测角器以及便携式气温计，所述处理运算器和所述光电测角器安装在所述仪器支架上，所述便携式温度计可拆卸地固定在所述仪器支架上，所述光电测角器具有观测望远镜，所述光电测角器α_a、β_b、θ的值，α_a、α_b分别为档侧仪器观测望远镜仰视悬挂点A、B的竖直角度值，β_b为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至悬挂点B的水平转角，β_d为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至弧垂最低点的水平角度，所述便携式气温计测量覆冰时的气温t，所述编程运算器根据α_a、β_b、θ以及t计算输电线路的等值覆冰厚度。

在上述技术方案的基础上，所述仪器支架为可展开和收拢的三脚架或四脚架脚结构。

在上述技术方案的基础上，所述光电测角器具有望远镜及配套的焦距调节装置。

在上述技术方案的基础上，所述光电测角器的角度测量的精度为±10”。

在上述技术方案的基础上，所述编程运算器先计算此时的线路弧垂f，再计算覆冰时的应力σ₀₂，再计算得此时的冰重比载，最后得到此时的等值覆冰厚度值。

本实用新型的输电线路覆冰厚度测量仪利用光电测角仪来测量输电线路某一档的几个特定的角度值，利用便携式气温计测量覆冰时的气温，再通过编程计算器计算得到等值覆冰厚度。本实用新型的输电线路覆冰观测仪器，使用过程中不会与高压线路接触，不会对输电线路产生任何负面影响，能够实时实地精确测量某一档架空线的等值覆冰厚度，方便判断覆冰时架空线的运行状态。

【附图说明】

图1为本实用新型的优选实施例的输电线路覆冰厚度测量仪的结构示意图。

图2为图1中的输电线路覆冰厚度测量仪的测量原理示意图。

【具体实施方式】

为了更好地理解本实用新型，以下将结合附图和具体实例对本实用新型进行详细的说明。

为解决上述问题，获得较为准确的覆冰厚度，本实用新型提供一种输电线路等值输电线路覆冰厚度测量仪，依靠测量输电线路某一档的几个特定的角度值，通过间接计算得到等值覆冰厚度。

具体请参阅图1，本实用新型的优选实施例的输电线路覆冰厚度测量仪，包括仪器支架1、编程运算器2、光电测角器5、便携式气温计6。其中，处理运算器2和光电测角器5安装在仪器支架1上，便携式温度计6可拆卸地固定在仪器支架1上。

仪器支架1为可展开和收拢的多脚支架结构(如三脚架或四脚架)，便于进行实地测量时使用和搬运。

光电测角器5具有一个望远镜(望远目镜3、望远物镜4)及配套的焦距调节装置。请结合参阅图2，光电测角器5使用光电读数原理，将两个参数相同的光栅圆盘重叠起来，并使它们的刻线相互形成一个小角θ，光线通过时将形成明暗相间的莫尔条纹，在光栅盘上下对应位置分别安置一个发光二极管和一个光电接收传感器，当望远镜转动时，流过的光电信号就是两方向间的光栅数，通过数据处理就能测得两方向的夹角。由此可测得观测所需的α_a、α_b、β_b、β_d及θ。

便携式气温计6用于测量覆冰时的气温t。

由于架空线的弧垂在现场是较容易准确测定的，而架空线的弧垂是比载、应力及档距的函数，而外界气温的变化引起架空线的热胀冷缩，使线长、弧垂、应力发生相应的变化，架空线从一种状态变化到另一种状态满足状态方程式。有上述关系存在，就可以通过弧垂计算冰重荷载最后求得等值覆冰厚度值。输电线路的弧垂是无法直接获得的，必须通过测量相关的间接量，即特定点的与观测点之间的距离、角度值，然后通过几何关系计算出架线的弧垂。将上述计算过程通过编程运算器2进行计算，即可得架空线的覆冰厚度，将以上部分整合便形成了本实用新型的基于弧垂的输电线路覆冰厚度测量仪。

本实用新型的输电线路覆冰厚度测量仪发明所述装置的操作方法如下：

(1)首先，根据被观测档的地形情况，选定合适的观测点，将该仪器调整到测量状态。

(2)根据测量要求，利用光电测角器5测量所有已知量，包括α_a、β_b、θ。按照如图2中所示的观测方法，在两档之间选择某一合适的观测点，利用光电测角装置光电测角器5测量相应的角度。其中，α_a、α_b分别为档侧仪器观测望远镜仰视悬挂点A、B的竖直角度值；β_b为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至悬挂点B的水平转角；β_d为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至弧垂最低点的水平角度；l、h分别为观测档的档距和高差。

(3)利用三角几何关系，计算此时的线路弧垂f。如附图2所示，相关参数如图中标注，计算所涉及的公式如下：

$f=\frac{1}{2}(A^{\′}O\tan {\mathrm{\α}}_a+B^{\′}O\tan {\mathrm{\α}}_b)-\tan \mathrm{\θ}\frac{B^{\′}O\sin {\mathrm{\β}}_b}{2\sin {\mathrm{\β}}_d}$

其中，

$\left.\begin{array}{c}{A}^{\′}O=\frac{-b+\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a},B^{\′}O=\frac{A^{\′}O\tan {\mathrm{\α}}_a\±h}{\tan {\mathrm{\α}}_b}\\ a={\tan }^2{\mathrm{\α}}_a+{\tan }^2{\mathrm{\α}}_b-2\tan {\mathrm{\α}}_a\tan {\mathrm{\α}}_b\cos {\mathrm{\β}}_b\\ b=2(\±h)(\tan {\mathrm{\α}}_a-\tan {\mathrm{\α}}_b\cos {\mathrm{\β}}_b)\\ c=h^2-l^2{\tan }^2{\mathrm{\α}}_b\end{array}\right\}$

当观测档高差h的符号选择依据为：悬挂点A较低时，h前“±”只取“+”号；悬挂点A较高时，h前“±”只取“－”号。

(4)利用仪器的配套的便携式气温计6，测量此时的气温t；

(5)由式 ${\mathrm{\σ}}_{02}={\mathrm{\σ}}_{01}-\frac{E{{\mathrm{\γ}}_1}^2{l}^2{\cos }^3\mathrm{\β}}{24{{\mathrm{\σ}}_{01}}^2}-\mathrm{\α}E\cos \mathrm{\β}(t-t_1)+\frac{8E{f}^2{\cos }^5\mathrm{\β}}{3l^2},$ 算得覆冰时的应力σ₀₂。其中t是覆冰时的气温，由仪器配备的便携式气温计测得；σ₀₁、t₁为架空线年均温下的应力、自重比载和气温，α、E是架空线的温度膨胀系数、弹性系数，l、cosβ为该档档距和高差角，均为线路的已知参数。

(6)由式算得此时的冰重比载；

(7)由式即可得此时的等值覆冰厚度值。

上述步骤(3)—步骤(7)的过程可以采用编程运算器2来编程运算。

上述光电测角器5，要求角度测量的精度为±10”。

与现有技术相比较，采用本实用新型的输电线路覆冰厚度测量仪后，至少具有以下优点：

(1)本实用新型的输电线路覆冰观测仪器，使用过程中不会与高压线路接触，对工作人员没有更高的技术要求，操作简单、安全系数较高。

(2)本实用新型的输电线路覆冰观测仪器所采用测量原理可行性较高，不会对输电线路产生任何负面影响，仪器的使用或方法的应用能够充分保证输电线路的安全。

(3)本实用新型的输电线路覆冰观测仪器能够保证测量的数据较为精确，能够实时实地精确测量某一档架空线的等值覆冰厚度，方便判断覆冰时架空线的运行状态。

(4)本实用新型的输电线路覆冰观测仪器，能耗低，对输电线路无任何消极影响，可广泛应用于各种架空输电线路覆冰厚度观测。

以上所述实施示例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种输电线路覆冰厚度测量仪，其特征在于：所述输电线路覆冰厚度测量仪包括仪器支架、编程运算器、光电测角器以及便携式气温计，所述处理运算器和所述光电测角器安装在所述仪器支架上，所述便携式温度计可拆卸地固定在所述仪器支架上，所述光电测角器具有观测望远镜，所述光电测角器的值，α_a、α_b分别为档侧仪器观测望远镜仰视悬挂点A、B的竖直角度值，β_b为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至悬挂点B的水平转角，β_d为档侧仪器观测望远镜自悬挂点A回转至弧垂最低点的水平角度，所述便携式气温计测量覆冰时的气温t，所述编程运算器根据以及t计算输电线路的等值覆冰厚度。

2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度测量仪，其特征在于：所述仪器支架为可展开和收拢的三脚架或四脚架脚结构。

3.根据权利要求1所述的输电线路覆冰厚度测量仪，其特征在于：所述光电测角器具有望远镜及配套的焦距调节装置。

4.根据权利要求3所述的输电线路覆冰厚度测量仪，其特征在于：所述光电测角器的角度测量的精度为±10″。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的输电线路覆冰厚度测量仪，其特征在于：所述编程运算器先计算此时的线路弧垂f，再计算覆冰时的应力σ₀₂，再计算得此时的冰重比载，最后得到此时的等值覆冰厚度值。