劉風(fēng)坤+++溫泉

摘 要：本文簡要概述了架空輸電線路覆冰的危害；介紹了現(xiàn)有架空輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀；對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析總結(jié)；根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用情況和存在的不足，提出了改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；覆冰；監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.252

我國地貌特征千差萬別，輸電網(wǎng)的大部分需要穿過高原、山地、盆地等氣候惡劣的區(qū)域，在冰雪、凍雨等極端的氣象條件下，輸電線路覆冰成為了不可避免的問題。線路覆冰，易造成相間閃洛，增加導(dǎo)線的張力和塔架等金具的支撐載荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷線、倒塌、電網(wǎng)列解等事故。為了電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)成為急需解決的重大課題之一。

從監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施的原理方法來看，可將其分以下幾類：圖像等效判別法、傾角-弧垂法、電容感應(yīng)式傳感器法、模擬導(dǎo)線法、行波法、稱重法等。本節(jié)對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析總結(jié)，并為系統(tǒng)的改進(jìn)措施提出建議。

1 圖像等效判別法

圖像等效判別法的原理：攝像機(jī)放置在輸電線路的不同位置上，對(duì)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和拍照。通過GPRS將圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行微積分計(jì)算，結(jié)合由導(dǎo)線的粗細(xì)算出來的結(jié)冰面積，通過換算得出覆冰的重量和厚度。該方法不僅可以測得輸電導(dǎo)線上的覆冰量還可以測得絕緣子串上的覆冰量。

圖像等效判別法的關(guān)鍵技術(shù)在于：如何獲取能反映出導(dǎo)線覆冰的精確模型；以及如何精確的進(jìn)行圖像的邊緣特征提取?，F(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)大多是基于單目視覺的輸電線路覆冰監(jiān)測算法，此類算法只能得到覆冰導(dǎo)線的二維坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型，對(duì)不規(guī)則的覆冰圖像識(shí)別精度較低。因此，基于雙目視覺的輸電線路覆冰監(jiān)測算法是發(fā)展的趨勢(shì)。該算法利用的是雙目視覺原理，用雙攝像頭從不同的角度獲取覆冰導(dǎo)線的圖像，建立導(dǎo)線的三維坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行覆冰監(jiān)測[1]。

2 傾角-弧垂法

傾角-弧垂法的原理：首先通過傳感器對(duì)輸電線路中懸掛點(diǎn)的傾角及線路的弧垂進(jìn)行測量，然后通過線路的懸鏈線方程來計(jì)算出輸電導(dǎo)線應(yīng)力的變化，最后根據(jù)應(yīng)力的變化推導(dǎo)出線路的覆冰量 [2]。

這一方法的特點(diǎn)就是需要傳感器測量的量較少，算法簡單，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測輸電線路上的覆冰量。但是這種算法的前提要求輸電線路上的覆冰情況是均勻的，而實(shí)際上，覆冰情況不可能是完全均勻的。在該方法中雖然弧垂和傾角隨著覆冰量的變化而變化，但是這種變化量是非常小的，需要選擇高精度的傳感器進(jìn)行測量，但會(huì)引起較大的誤差。一些高校和科研院所已用該原理做出了部分監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的不足之處在于，其傾角傳感器和拉力傳感器需要裝在高壓輸電導(dǎo)線上。安裝時(shí)一般需要將輸電線路斷電，且在高空安裝相應(yīng)的裝置難度也較大。

3 電容感應(yīng)式傳感器法

電容感應(yīng)式傳感器法是基于冰和空氣電阻特性存在差異這一原理，設(shè)計(jì)了一種電容感應(yīng)式傳感器，用該傳感器對(duì)輸電線路中導(dǎo)線和塔桿的結(jié)冰量進(jìn)行測量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路覆冰量的監(jiān)測。

此傳感器的原理：N對(duì)檢測接點(diǎn)按一定的間隔豎直排列，這些接點(diǎn)連接著開關(guān)，這些開關(guān)能在一定的軟件控制下按順序分時(shí)接通。這樣可以分別檢測不同垂直高度的冰層、水層和空氣層，然后通過對(duì)檢測信號(hào)的處理就可以得出冰層的厚度。

由于輸電導(dǎo)線覆冰的不均勻性，此種方法，不能全面的反映一檔輸電線路上的覆冰情況。

4 模擬導(dǎo)線法

模擬導(dǎo)線法是在輸電線塔桿上掛上一根模擬導(dǎo)線，這跟導(dǎo)線跟真實(shí)導(dǎo)線同材質(zhì)、同型號(hào)。通過測量模擬導(dǎo)線的覆冰，可以估計(jì)真實(shí)導(dǎo)線的覆冰量。這種方法的特點(diǎn)是：成本低，算法簡單，測量裝置安裝方便，不影響正常的輸電作業(yè)，不涉及到帶電部分等。由于沒有考慮到輸電線路電線的溫度、舞動(dòng)和風(fēng)載的影響，此方法會(huì)有一定的誤差，不能全面的反應(yīng)一檔導(dǎo)線的覆冰情況。

5 行波法

行波法的原理：行波在不同長度的導(dǎo)線上傳輸?shù)臅r(shí)間是不同的，覆冰會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線的長度發(fā)生變化，因此，通過測量行波在輸電導(dǎo)線覆冰前后的時(shí)間差就可以算出導(dǎo)線長度的變化量，又因?yàn)楦脖颗c輸電導(dǎo)線長度的變化存在一定的關(guān)系，根據(jù)它們之間的關(guān)系就能得出覆冰量。

這一方法的特點(diǎn)是：輸電導(dǎo)線在覆冰后的長度變化不是特別的大，尤其是在距離較短時(shí)，所以該方法只能測量很遠(yuǎn)的距離上輸電線路的覆冰量。而當(dāng)距離太遠(yuǎn)時(shí)，不同區(qū)域內(nèi)的結(jié)冰厚度還可能存在很大的差別。因此這一方法測得的結(jié)果跟實(shí)際情況有較大的誤差，不能精確的反應(yīng)具體每一檔內(nèi)的覆冰情況。

6 稱重法

當(dāng)輸電線路覆冰時(shí)，線路的載荷就會(huì)增加，輸電線路的狀態(tài)也會(huì)隨之變化。該變化主要由覆冰引起。稱重法的原理是，通過監(jiān)測輸電線路狀態(tài)的變化，來監(jiān)測輸電線路的覆冰載荷。該方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量，減少了工人在惡劣自然環(huán)境中的工作時(shí)間，且測量誤差小，是一種非常有前途的輸電線路覆冰載荷監(jiān)測方式。根據(jù)監(jiān)測參數(shù)的不同，稱重法可以分為兩種。一種是應(yīng)力-稱重法，另一種是坐標(biāo)-稱重法。

應(yīng)力-稱重法，是通過光纖光柵傳感器直接測量輸電導(dǎo)線應(yīng)力的變化，監(jiān)測線路覆冰[3]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量結(jié)果精度高，原理簡單。缺點(diǎn)是，傳感器的安裝制造困難，實(shí)施難度較大。

坐標(biāo)-稱重法，是先對(duì)輸電導(dǎo)線上某些點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行測量，通過坐標(biāo)來計(jì)算輸電線路的狀態(tài)方程，再得到導(dǎo)線上的覆冰載荷，進(jìn)而監(jiān)測覆冰[4]。這種方法的特點(diǎn)是，不需要對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行改造，實(shí)施容易。缺點(diǎn)，沒有考慮到風(fēng)載荷的影響。

7 結(jié)論

本文對(duì)現(xiàn)有架空輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，為后續(xù)覆冰監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳立軍.輸電線路覆冰檢測技術(shù)發(fā)展綜述[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010，38（02）：129-133.

[2]徐青松.輸電線路弧垂的實(shí)時(shí)監(jiān)測[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（07）：14-19.

[3]羅健斌.基于光纖傳感技術(shù)的高壓輸電線路覆冰狀態(tài)監(jiān)測研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013：60-68 .

[4]劉風(fēng)坤.輸電線路多纜除冰子機(jī)器人與覆冰檢測系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013：45-59.