架空输电线路覆冰在线监测系统及运行分析

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1、架空输电线路覆冰在线监测系统及运行分析孟毅，陈继东摘要：持续低温雨雪天气使架空输电线路覆冰，对电网运行造成严重危害，输电线路覆冰在线监测系统具有重要意义。文章分析了输电线路覆冰在线监测系统的原理及功能，对输电线路典型覆冰进行了分析，将覆冰过程分为形成、稳定增长、缓慢增长、消失四个阶段。对系统的研发及运行进行了分析和总结，指出拉力传感器等关键部件存在的问题及解决措施。通过若干年的运行，可建立覆冰统计资料序列，为输电线路工程设计提供依据。引言架空输电线路超设计条件覆冰是影响送电线路安全运行的突出问题之一。近年来，国内电网受大气候和微地形、微气象条件的影响，冰害事故时有发生。冻

2、雨覆冰使输电线路的荷重增加，对导线、铁塔、绝缘子和金具带来不同程度的机械损坏，严重时会导致断线和倒杆塔，造成大面积停电事故。2008年一月以来，我过南方地区出现长时间持续的大范围的低温雨雪冰冻天气，导致输电线路发生倒塔、断线、覆冰闪络、脱冰跳跃等多种事故，对电网造成了严重的破坏。湖南、江西、贵州等地电网一度解列，部分地区电网几乎全部损毁。此次冰灾的直接原因是罕见的持续大范围低温雨雪冰冻气候，但同时也反映出缺乏在第一时间掌握线路覆冰状况的手段[1]。目前，检测线路覆冰的方法主要有人工巡视、观冰站等，这些方法存在着劳动强度大、投资高，检测结果准确性差等问题。输电线路覆冰在线监

3、测技术通过在易覆冰区域的铁塔上安装覆冰自动监测站，将数据通过无线通讯网络传往监控中心，可随时掌握线路的覆冰情况，并可实现预、报警，达到降低电网覆冰事故损失的目的。研究覆冰在线监测技术，对防止和控制电网冰灾，提高电网的运行可靠性具有重大意义。1输电线路覆冰在线监测系统的原理及功能输电线路覆冰在线监测系统是集计算机技术、微量信号传感技术、电磁兼容技术、数据信息处理技术、低功耗技术、视频技术、网络通讯技术等为一体的技术集合体[2]。系统在输电线路杆塔安装拉力传感器、倾角传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、摄像机，采用无线通信技术（通常是GSM或GPRS）进行现场数据/

4、图像的实时传输。后台专家系统根据前台获取的数据，进行力学分析[3-5]，利用等值覆冰厚度计算模型、风荷载数学模型、风偏距离数学模型计算出等值覆冰厚度、杆塔纵向不均衡张力和导线风偏距，并可对覆冰生长进行预测。输电线路覆冰在线监测系统实现的功能有：（1）导线等值覆冰厚度监测。5利用绝缘子受力数据，建立在一个垂直挡距单元内导线自重、风压系数、绝缘子倾角、绝缘子垂直荷重和导线等值覆冰厚度的数学模型，在线监测在一个垂直挡距内导线等值覆冰厚度的变化。（2）视频在线监测。通过现场摄像头的转动，可获取多方位多角度的现场图像，一般选取绝缘子、金具、导线、杆塔基础等关键部位，定时进行拍照。图

5、像通过GPRS传至后台与监测数据进行对比分析。（3）气象数据监测。在线监测测点周围的温度、湿度、风速、风向等数据，必要时，可增加降雨量、日照监测等功能。（4）杆塔荷载监测。利用沿两个垂直方向（坐标）的倾角数据，可建立杆塔受力三维力学解析模型，实现对杆塔垂直荷载及不均衡张力的监测。（5）风偏距监测。利用绝缘子垂直线路方向的倾斜角（该数据可直接获取或解析得到，根据倾角传感器现场安装方式而定），可实现风偏距监测。（6）自动预警报警功能。根据线路设计标准或用户要求，设定预、报警值，预、报警信息可在客户端显示，专家系统也会根据预报警信息，自动提高数据采集频率，实现实时跟踪。（7）覆

6、冰生长预测。导线覆冰生长模型应考虑气象条件、线路走向及悬挂高度、导线直径及扭转性能等因素。Makkonen把导线半径、气温、风速、降水率、风向及覆冰时间等作为输入量，对冰柱生长的覆冰模型进行了分析和计算。考虑预测模型的可靠性及实用性，选择Makkonen模型对导线覆冰生长进行预测。2输电线路典型覆冰分析500kV孝浉I回线115#塔监测点位于湖北大悟县山区，当地海拔483m。2009年二月下旬孝浉I回线115#塔测点监测到的一次线路覆冰数据如图1所示。图1孝浉I回线115#塔测点覆冰数据图从图1可见，孝浉I回线115#塔监测点的覆冰过程大致分为四个阶段：（1）覆冰形成阶段

7、从26日4：25开始，线路开始结冰，风速风向传感器被冻住，气温维持在-1.8℃左右，相对湿度大于97%，完全满足覆冰条件，至26日8:25在短短4个小时之内，综合拉力从30KN迅速增加到38.7KN左右，增长幅度近30%，现场风速风向仪冻住，覆冰迅速增加，至26日8：25，等值冰厚达12mm。（2）覆冰稳定生长阶段26日8:25后，气温进一步下降，由-2.0℃降至27日9：27的-2.5℃5，其中27日凌晨2：27测到的气温最低值为-2.9℃。此间，相对湿度一直保持在97%或98%，覆冰稳定增长，至27日8：27等值冰厚达20