架空輸電線路覆冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案探討

顏劍張小梅　

（1.湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院　2.武漢市測(cè)繪研究院　湖北　武漢　430000）

架空輸電線路覆冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案探討

顏劍1張小梅2

（1.湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院2.武漢市測(cè)繪研究院湖北武漢430000）

架空輸電線路覆冰現(xiàn)象是造成輸電線路產(chǎn)生問(wèn)題的重要原因。架空輸電線路覆冰厚度超過(guò)一定的限制，會(huì)產(chǎn)生線路壓斷、閃絡(luò)或者桿塔傾斜的危險(xiǎn)。因此對(duì)于架空輸電線路的覆冰監(jiān)測(cè)研究一直是相關(guān)學(xué)者和電力工作人員普遍重視的問(wèn)題。只有做好架空輸電線路的覆冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)才能更好的計(jì)算覆冰的厚度和產(chǎn)生的負(fù)荷，從而快速的進(jìn)行維護(hù)和搶修，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文首先分析架空輸電線路覆冰形成的機(jī)理，并探討架空輸電線路覆冰計(jì)算，然后深入分析架空輸電線路覆冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案。

架空輸電線路；覆冰監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)方案

架空輸電線路覆冰現(xiàn)象在我國(guó)一直是引起輸電線路產(chǎn)生問(wèn)題的重要原因。冬季氣溫較低的情況下，各個(gè)地區(qū)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生凍雨覆冰的現(xiàn)象，所以為了更好的應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，必須加強(qiáng)對(duì)架空輸電線路覆冰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)線路壓斷、跳閘、桿塔線路倒塌的危害。現(xiàn)今我國(guó)在國(guó)外先進(jìn)的覆冰監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了弧垂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法和小型氣象站分析法以及視頻圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)綜合利用的覆冰監(jiān)測(cè)方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)架空輸電線路的覆冰形成的氣象條件、形成的具體過(guò)程以及覆冰產(chǎn)生的厚度和負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)對(duì)架空輸電線路覆冰現(xiàn)象的防治和后期的搶修，避免架空輸電線路因?yàn)楦脖a(chǎn)生嚴(yán)重的電路損壞問(wèn)題。

1　架空輸電線路覆冰形成的原因

1.1輸電線路覆冰形成的機(jī)理

架空輸電線路覆冰問(wèn)題多發(fā)生在我國(guó)南方以北的區(qū)域。覆冰形成的原因主要是受到冷暖氣流交匯的影響。如果空氣中僅有冷空氣流入，會(huì)產(chǎn)生降溫和刮風(fēng)的現(xiàn)象，但是因?yàn)榭諝庵袥](méi)有一定濕度的氣流所以不會(huì)產(chǎn)生雨雪，因此不會(huì)造成線路覆冰。當(dāng)冷空氣和南方的暖濕氣流交匯時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)將雨降雪的現(xiàn)象和微量的覆冰現(xiàn)象。如果冷暖氣流非常強(qiáng)烈就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的雨雪和覆冰。極易造成輸電線路的故障。輸電線路的覆冰按照凍結(jié)的程度可以分為四種類型：①雨凇；②混合凍結(jié)；③霧凇；④凍雪。四種類型的覆冰現(xiàn)象具有不同的氣象差別。

1.2覆冰形成的影響條件

架空輸電線路覆冰的影響條件主要是受到氣象條件、地形地勢(shì)特點(diǎn)以及線路自身因素的綜合影響。例如氣象條件中，容易產(chǎn)生雨雪的區(qū)域極易發(fā)生覆冰的現(xiàn)象；地勢(shì)較高的區(qū)域，空氣氣溫往往不較低極易造成覆冰的危害；如果線路本身在施工建設(shè)時(shí)選擇的材料質(zhì)量不合格或者其它因素等受到覆冰的危害明顯加大。同樣的在同一輸電線路中覆冰的厚度還和線路架空的高度、方位、檔距等有著明顯的關(guān)系。

2　架空輸電線路覆冰厚度計(jì)算方法

架空輸電線路覆冰厚度計(jì)算是為了準(zhǔn)確的了解覆冰厚度的大小對(duì)線路產(chǎn)生的危害，從而根據(jù)厚度的限值有效的確定覆冰厚度的值是否會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生影響。通常情況下都是通過(guò)多種近似的計(jì)算將覆冰的厚度換算成雨凇的標(biāo)準(zhǔn)冰厚（便準(zhǔn)厚度為圓形的斷面厚度，密度為為0.9g/cm3）的方法進(jìn)行計(jì)算。

（1）采用覆冰的斷面長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸的長(zhǎng)度依照橢圓面積換算的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，假設(shè)覆冰的密度為ρx（g/cm3），斷面的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度為D1/2（mm），短半軸長(zhǎng)度為D2/2（mm），導(dǎo)線直徑為D（mm）。所以按照橢圓面積換算的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算覆冰厚度b（mm）為：

（2）按照覆冰的斷面周長(zhǎng)來(lái)計(jì)算覆冰的厚度時(shí)，假設(shè)線路覆冰的整體外圍周長(zhǎng)為L(zhǎng)（mm），周圍截面的面積和外圍直徑為Dn（mm），并與圓形的面積等值。計(jì)算覆冰厚度b（mm）為：

（3）按照實(shí)際的覆冰的截面面積進(jìn)行計(jì)算時(shí)，利用硬紙片套進(jìn)已經(jīng)在覆冰的斷面用工具進(jìn)行挖空的孔洞中，然后復(fù)制輪廓的外形，算出覆冰和電線總的截面面積，設(shè)為An（mm2）。計(jì)算覆冰厚度b（mm）為：

3　架空輸電線路覆冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案

3.1氣象站監(jiān)測(cè)方案

采用這種方法對(duì)輸電線路進(jìn)行覆冰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要在線路的沿線設(shè)置小型的氣象站，并且還要在導(dǎo)線上安裝相應(yīng)的測(cè)溫儀器。現(xiàn)今我國(guó)引進(jìn)的國(guó)外小型氣象監(jiān)測(cè)站可以準(zhǔn)確的測(cè)量線路周圍的環(huán)境氣溫、風(fēng)速、濕度以及降雨量等眾多的氣象條件。可以利用GSM/GPRS通道準(zhǔn)確的將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€路監(jiān)測(cè)控制中心。可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)輸電線路覆冰想成的氣象條件，以便可以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。在導(dǎo)線上安裝相應(yīng)的測(cè)溫儀器的主要功能是為了在小型氣象站監(jiān)測(cè)周圍氣候條件時(shí)提供必要的導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)。例如，導(dǎo)線的負(fù)荷電流如果較大就會(huì)在導(dǎo)線的內(nèi)部產(chǎn)生一定的溫度，如果導(dǎo)線的溫度大于0℃，那么在相應(yīng)的覆冰氣候條件下也不會(huì)產(chǎn)生覆冰。

圖1　輸電線路覆冰綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

3.2視頻圖像監(jiān)測(cè)方案

利用視頻圖像的監(jiān)測(cè)的方法主要是在輸電線路的沿線的桿塔中設(shè)置一定視頻監(jiān)測(cè)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)線、桿塔以及整體線路等覆冰的形成狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。現(xiàn)今我國(guó)擁有眾多的生產(chǎn)線路視頻監(jiān)測(cè)裝置的廠家，并且已經(jīng)擁有了比較完備的生產(chǎn)技術(shù)，視頻裝置在設(shè)置上也更加的注重監(jiān)測(cè)的自動(dòng)性和有效性。視頻裝置可以通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)將監(jiān)測(cè)線路段的圖像資料通過(guò)GSM/GPRS通道傳輸?shù)骄€路監(jiān)測(cè)控制中心。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)圖像的分析和回放。保證對(duì)輸電線路的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)效果。但是利用視頻及裝置進(jìn)行覆冰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)會(huì)出現(xiàn)一定的缺陷，例如在狂風(fēng)和暴雪的天氣下，監(jiān)測(cè)的視頻鏡頭很可能被雪覆蓋，或者出現(xiàn)損毀，不能保證生成圖像的清晰度，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)不成像的問(wèn)題。

3.3弧垂覆冰監(jiān)測(cè)方案

采用弧垂監(jiān)測(cè)的方法主要是通過(guò)在沿線的線路中安置溫度或傾角的測(cè)量球來(lái)測(cè)量直線塔中的絕緣子串的動(dòng)態(tài)夾角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的覆冰監(jiān)測(cè)。該裝置是可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法，可以直接的對(duì)導(dǎo)線的溫度以及導(dǎo)線的傾斜角進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)有效的計(jì)算出導(dǎo)線的弧度。為了保證該裝置可以在惡劣的氣候條件中以及高壓電場(chǎng)的條件下可以穩(wěn)定的運(yùn)行，該裝置的電源形成方式是采用線路電流產(chǎn)生感應(yīng)電源，同時(shí)將GSM/ GPRS通信模式有效運(yùn)用，發(fā)展出多層屏蔽和密封技術(shù)。可以有效的測(cè)量導(dǎo)線由于覆冰重量的增加而引起的導(dǎo)線弧度的動(dòng)態(tài)變化，有效的對(duì)輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.4架空輸電線路覆冰實(shí)時(shí)綜合監(jiān)測(cè)方案

架空輸電線路的綜合監(jiān)測(cè)方案的應(yīng)用主要是將上述的氣象站監(jiān)測(cè)方案、視頻圖像監(jiān)測(cè)方案、弧垂覆冰監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行綜合利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效率和效果。綜合監(jiān)測(cè)方案的示意圖如圖1所示。

具體的監(jiān)測(cè)流程是：①先由小型的氣象監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)輸電線路沿線的氣象環(huán)境因素，監(jiān)測(cè)周圍是否出現(xiàn)導(dǎo)致覆冰現(xiàn)象的氣象條件。②然后輸電線路的沿線的桿塔中設(shè)置一定視頻監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)線路區(qū)域中雨雪降落的具體狀況，監(jiān)測(cè)導(dǎo)線上和絕緣子串上是否已經(jīng)出現(xiàn)覆冰的現(xiàn)象。③如果出現(xiàn)覆冰的現(xiàn)象可以利用弧垂覆冰監(jiān)測(cè)方案，測(cè)量導(dǎo)線的傾斜角的變化狀況和導(dǎo)線垂弧的變化數(shù)值。然后通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集，確定導(dǎo)線弧垂和覆冰厚度的關(guān)系曲線。從而有效的監(jiān)測(cè)出輸電線路的覆冰狀況。有利于電力工作人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和搶修，避免輸電線路因?yàn)楦脖a(chǎn)生線路損毀、閃絡(luò)、桿塔線路塌斜等問(wèn)題。

4　結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今從我國(guó)整體的架空輸電線路的覆冰監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的電力企業(yè)依然采用人工巡檢的方式，存在著許多缺陷。尤其是在地勢(shì)、地形較為復(fù)雜的架空線路中采用人工巡檢的方式具有巨大的工作困難性。本文探討了小型監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法、視頻監(jiān)測(cè)方法和計(jì)算導(dǎo)線弧垂的監(jiān)測(cè)方法在監(jiān)測(cè)輸電線路覆冰中具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)該得到大范圍的推廣和應(yīng)用。

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1673-0038（2015）32-0281-02

2015-7-21