輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

胡光耀（國網(wǎng)湖北省電力公司荊州供電公司檢修分公司，湖北荊州434000）

輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

胡光耀（國網(wǎng)湖北省電力公司荊州供電公司檢修分公司，湖北荊州434000）

在現(xiàn)如今的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)起到了越來越重要的作用，其針對(duì)確保輸電線路覆冰的在線監(jiān)測(cè)發(fā)揮了非常重要的價(jià)值。本文在論述輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，就輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析。

輸電線路；覆冰；在線檢測(cè)技術(shù)

1 引言

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國電力事業(yè)取得了長足的進(jìn)步。但受困于地勢(shì)、地形、天氣等影響因素，我國高壓輸電工程受到了很大的挑戰(zhàn)，其中最困難的一環(huán)就是高壓輸電線路覆冰。為了改善現(xiàn)今輸電線路使用壽命短、無法分布式測(cè)量、受電磁干擾強(qiáng)等問題，輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)顯得尤其重要。

2 輸電線路覆冰概況

2.1 輸電路線覆冰情況監(jiān)視的問題

目前，國內(nèi)電力體系大多運(yùn)用導(dǎo)線溫度傳感器、稱重傳感器、傾角傳感器、拉力傳感器、圖像監(jiān)測(cè)等，對(duì)我國供電路線覆冰情況加以監(jiān)視。稱重傳感器、導(dǎo)線溫度傳感器等均在電子監(jiān)測(cè)傳感器的范圍，其具有顯著的非線性、零點(diǎn)漂移、蠕變等特點(diǎn)，穩(wěn)定性不理想，運(yùn)用時(shí)間較短，監(jiān)測(cè)成效不穩(wěn)固，并且會(huì)受周邊環(huán)境的影響。而圖像監(jiān)測(cè)方式在有風(fēng)或者有雪的狀況下，鏡頭較易被打濕，對(duì)導(dǎo)線的覆冰狀況難以辨識(shí)，成像程序也難以順應(yīng)風(fēng)雪等不良天氣，而且圖像辨識(shí)形成的信息量眾多，會(huì)占用較大通信空間。

2.2 輸電線路覆冰的成因

致使供電線路產(chǎn)生覆冰現(xiàn)象的要素眾多，一方面是自然要素，另一方面是人文要素。導(dǎo)致供電線路覆冰的自然要素大致有線路敷設(shè)區(qū)域的氣候條件、海拔等。部分海拔較高的區(qū)域因?yàn)楸旧頊囟群艿?，加之季?jié)與海拔等要素的共同影響，較易造成供電線路產(chǎn)生覆冰問題。除此以外，電力從業(yè)者在供電路線覆冰厚度的設(shè)計(jì)初期，未曾考慮到或許產(chǎn)生的天氣狀況和路線的承受水平，以致產(chǎn)生路線覆冰狀況。路線覆冰的預(yù)警力度與狀況監(jiān)視力度均較弱，電力從業(yè)者缺少路線覆冰構(gòu)成的氣象狀況的把控。對(duì)路線除冰技術(shù)的研發(fā)不充分，未曾第一時(shí)間研究出處理路線覆冰問題的有效舉措。

3 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的概述

3.1 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的介紹

通常所說的輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以理解為在輸電線路上裝設(shè)儀器設(shè)施，對(duì)于表征設(shè)備的運(yùn)行情況開展實(shí)時(shí)的記錄，并且及時(shí)傳送到監(jiān)控中心。通過收集每項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判別并分析輸電線路的運(yùn)行情況，并且可以預(yù)見性的探討即將發(fā)生的情況，采取科學(xué)合理措施，減輕或者消除安全威脅，減少輸電線路的損失，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸電線路的在線監(jiān)測(cè)?？梢赃@樣說，輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不但是維護(hù)輸電線路安全運(yùn)行的關(guān)鍵保障，同時(shí)也是輸電線路狀態(tài)檢修的重要措施。

3.2 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的原理

①在輸電線路的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成上，系統(tǒng)大多采取二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含線路監(jiān)測(cè)基站、監(jiān)測(cè)中心以及線上監(jiān)測(cè)裝置，而線上監(jiān)測(cè)裝置包含了導(dǎo)線覆冰檢測(cè)儀、線溫度監(jiān)測(cè)儀等。②在實(shí)際的工作原理當(dāng)中，應(yīng)該明確輸電線路在線監(jiān)測(cè)的具體參數(shù)，它的技術(shù)參數(shù)重點(diǎn)包含了環(huán)境運(yùn)行參數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，而輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)是利用參數(shù)分析與信息采集來實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路的管理與監(jiān)測(cè)，工作人員可以通過查閱信息參數(shù)，對(duì)可能產(chǎn)生的問題作出提前預(yù)警。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)終端可以實(shí)時(shí)測(cè)量線路懸垂絕緣子的傾角、耐張串、串拉力、風(fēng)偏力亦或是懸垂串導(dǎo)線線夾出口的傾斜角度、終端桿塔周邊的氣象狀況（風(fēng)向、風(fēng)速、相對(duì)溫度及濕度）、導(dǎo)線的溫度、泄漏電流等有關(guān)參數(shù)，依托通訊體系傳送到主站，主站的后臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)系靜力學(xué)核算方式核算出供電路線的覆冰厚度，在等效覆冰厚度和設(shè)置覆冰厚度近似時(shí)發(fā)出警示。

等效覆冰厚度是指聯(lián)系供電路線垂直檔距內(nèi)實(shí)際測(cè)量的垂直拉力數(shù)值或者導(dǎo)線傾斜角度來計(jì)算導(dǎo)線的負(fù)載，之后轉(zhuǎn)化為供電路線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的等效冰厚，也就是路線為均衡覆冰，覆冰類型是雨凇，密度大概是0.9×10-3kg/mm2。因此，等效冰厚并非供電路線的真正冰厚。核算的模型能夠依據(jù)覆冰類別的差異得到有一定差別的等效覆冰厚度，可是各種等效冰厚的負(fù)荷影響是不發(fā)生變化的。目前，供電路線覆冰網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的報(bào)警經(jīng)過等效冰厚度在設(shè)置冰厚中所占的比重當(dāng)做閾值，閾值要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 監(jiān)測(cè)方法

5.1 光纖傳感技術(shù)

基于光纖傳感技術(shù)的高壓輸電線路覆冰狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由這幾部分構(gòu)成：裝設(shè)有監(jiān)控程序的光纖光柵應(yīng)變傳感器、光纖光柵波長解調(diào)儀、電子計(jì)算機(jī)等。寬帶光信號(hào)源自于寬帶光源，通過隔離器與耦合器，最終傳輸?shù)絺鞲泄鈻派?，把此些光纖光柵波長加以選擇后，多種波長的窄帶光被反射，然后由波長解調(diào)儀負(fù)責(zé)接收。當(dāng)光纖光柵的溫度與負(fù)載有顯著改變時(shí)，光柵解調(diào)器的測(cè)量波長也會(huì)產(chǎn)生顯著變化，且把信息傳輸給電腦加以剖析處理，得出壓力分布情況，進(jìn)而剖析供電路線的目前狀況。基于光纖傳感技術(shù)，和OPPC、OPGW結(jié)合運(yùn)用，會(huì)讓該監(jiān)測(cè)項(xiàng)目更為健全。要與OPGW技術(shù)綜合應(yīng)用，主要是由于其能夠在覆冰溶解方面發(fā)揮顯著作用。在高壓供電路線覆冰改造工作中，運(yùn)用光纖傳感技術(shù)全面監(jiān)控高壓供電路線覆冰狀況，在變電站通訊機(jī)房中的電腦屏幕上會(huì)顯示監(jiān)測(cè)信息，高壓輸電的有關(guān)負(fù)責(zé)人員采用遠(yuǎn)程的方式接收此些信息，能夠全面掌握導(dǎo)線光柵點(diǎn)的變動(dòng)狀況、溫度狀況。

5.2 稱重法

考慮到導(dǎo)線在覆冰之后絕緣子串順線傾角會(huì)產(chǎn)生顯著變化，創(chuàng)建水平張力靜態(tài)平衡方程得到覆冰和風(fēng)的總荷載，總荷載減去風(fēng)荷載等于覆冰荷載，就可以得到單位長度的覆冰荷載。該模型沒有將導(dǎo)線的風(fēng)偏考慮在內(nèi)，總荷載減去水平方向風(fēng)荷載也不符合力學(xué)的規(guī)律，風(fēng)荷載受到風(fēng)向、風(fēng)壓不均勻系統(tǒng)、導(dǎo)線布置等經(jīng)驗(yàn)值干擾較大?？梢詣?chuàng)建靜荷載平衡方程，覆冰荷載=拉力傳感器測(cè)得總荷載-（導(dǎo)線自重荷載+風(fēng)荷載），覆冰荷載/垂直檔距=單位長度覆冰荷載。該模型的總荷載與水平方向的風(fēng)荷載不符合力學(xué)規(guī)律，風(fēng)荷載也會(huì)干擾到覆冰結(jié)算結(jié)果，在覆冰嚴(yán)重的條件下實(shí)際線長跟垂直檔距差距大，導(dǎo)致單位線長的覆冰荷載計(jì)算結(jié)果偏大。

結(jié)合風(fēng)偏平面與垂直平面的靜力學(xué)探討，在風(fēng)偏平面當(dāng)中創(chuàng)建豎直方向上的靜力平衡方程，方程求解之后得到單位線長的覆冰荷載，進(jìn)一步得到等效覆冰厚度?？茖W(xué)的稱重法導(dǎo)線等效覆冰厚度計(jì)算流程如圖2。在圖2當(dāng)中，第一步在迭代過程當(dāng)中讓導(dǎo)線長度不受覆冰厚度影響而受風(fēng)偏影響，得到的結(jié)果代入到下一步迭代中，最后收斂在某一數(shù)值左右，該數(shù)值就是等效覆冰厚度。

圖2 輸電線路等效覆冰厚度計(jì)算流程圖

5.3 模擬導(dǎo)線法

裝設(shè)與路線導(dǎo)線材質(zhì)相同、規(guī)格相同的模擬導(dǎo)線，采用量測(cè)模擬導(dǎo)線的厚度和稱重的方式來明確覆冰水平，此種方式適用于外觀冰站內(nèi)的量測(cè)導(dǎo)線覆冰狀況，依托長時(shí)間積累的監(jiān)測(cè)信息來探究線路的覆冰機(jī)理。為了讓網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)具有和現(xiàn)實(shí)路線相同的氣候狀況，可在供電桿塔上掛上模擬導(dǎo)線進(jìn)行智能量測(cè)，從而核算出改桿塔真正的冰厚。

6 結(jié)語

總之，國內(nèi)的電力系統(tǒng)受氣候、地質(zhì)等諸多要素的影響，難以有效監(jiān)測(cè)線路狀況，特別是難以監(jiān)測(cè)線路覆冰狀況，其始終是國內(nèi)電力公司發(fā)展的制約要素。運(yùn)用科學(xué)的在線監(jiān)測(cè)方法，能夠讓此問題得到很好的解決。電力從業(yè)者依托在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以全面掌握供電線路的實(shí)際狀況，能夠全面把控供電線路的冰厚，之后確定科學(xué)的處理計(jì)劃，全面滿足電力體系對(duì)供電路線即時(shí)情況監(jiān)測(cè)的需要，大幅提升了供電的穩(wěn)定性與可靠性。

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TM75

A

2095-2066（2016）36-0068-02

2016-12-11

胡光耀（1987-），男，本科，主要從事輸電線路運(yùn)維檢修工作。