傾角傳感器在輸電線路覆冰監(jiān)測中的應用

冒國龍 黃良 殷蔚翎 虢韜 盧金科 朱彬 莊紅軍 郭莉薩

摘 要：由于局部微地形微氣象區(qū)域造成風偏角、線路拉力傾角測量不準確的現(xiàn)狀，本文利用雙軸高分辨率雙向測量，采用修改濾波電容方法，對傾角測量值及上電時間、功耗進行修正，并通過實際案例分析優(yōu)化傾角測量后模型計算結果與人工觀冰進行比對，驗證了本文優(yōu)化傾角測量方法能夠提高耐張塔覆冰厚度計算準確性。

關鍵詞：傾斜角度；等值覆冰厚度；功耗；比對

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.150

0 引言

2008年冰災以后，為增強南方電網抵御低溫冰凍雨雪等重大自然災害的能力，南方電網在組織抗冰救災的同時，積極開展輸電線路抗冰融冰等研究工作[1]。從2009年至今，雖然覆冰監(jiān)測系統(tǒng)能夠實時了解線路覆冰情況，但在覆冰厚度計算方面仍然存在一定的誤差。造成覆冰監(jiān)測系統(tǒng)準確率仍然不高的現(xiàn)狀，主要是由于某些關鍵技術沒有解決，比如局部微地形微氣象區(qū)域絕緣子串傾角、風偏角測量不準確等。

本文利用高精度雙軸傾角傳感器，對現(xiàn)有覆冰監(jiān)測系統(tǒng)傾角測量進行修正，并根據修正后傾角計算出的覆冰厚度值與現(xiàn)有系統(tǒng)監(jiān)測結果進行比對，通過本文的研究能夠提升監(jiān)測終端冰情監(jiān)測準確性，減少現(xiàn)場人工觀冰的工作量。

1 現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)覆冰厚度計算模型

如圖1所示為現(xiàn)有覆冰監(jiān)測系統(tǒng)中耐張絕緣子串受力分析，AC段表示無風時的耐張絕緣子串，AD段則表示有風時的耐張絕緣子串。風偏方向為垂直于順線方向所在平面ABC并處于平面ACD內的方向。對懸掛點A進行受力分析，容易得到圖中三個力大小關系為[2]：

其中，θ為風偏角，F(xiàn)為有風偏角時拉力傳感器測量值，Tp為無風時拉力傳感器測量值，F(xiàn)w為風力。從上述計算模型可以看出，風偏角、拉力測量值均依賴于傾角測量的準確程度。

2 傾角傳感器原理

本文傾角測量采用VTI公司的SCA100T，該芯片提供了兩種傾角測量模式，即模擬方式和數(shù)字方式。數(shù)字方式獲取到的傾角值準確度和分辨率能夠滿足南網測試規(guī)范對傾角傳感器的要求，故本處采集使用數(shù)字式。同時，該傾角傳感器具有一定的優(yōu)勢特性：XY雙軸高分辨率雙向測量、內置溫度傳感器和溫度補償?shù)龋瑑A角測量芯片通過濾波電路將測量數(shù)據以數(shù)字方式傳輸至處理單元，最后通過RS485總線方式發(fā)給主控器。

3 傾角傳感器上電穩(wěn)定性改進

由于傾角傳感系統(tǒng)上電會造成一定的系統(tǒng)功耗，因此本文利用修改濾波電容方法來縮減濾波電路穩(wěn)定時間，進而減少傾角上電耗時，降低功耗。在室溫條件下，采樣頻率1Hz，依次改變不同角度進行測試，讀取溫度補償瞬時值，來測試修改后濾波電路上電穩(wěn)定時間。根據實驗測試結果顯示，修改濾波電路后，角度上電10s后穩(wěn)定角度在0.02°-0.03°范圍內波動，可以通過軟件濾波來進行修正調整?？梢钥闯鰞A角濾波電路修改后能夠減少角度穩(wěn)定時間，進而減少了傾角傳感器上電工作時間可以實現(xiàn)降低傾角子機功耗的目的。

4 實例分析

為了驗證本文所提出的傾角測量方式的優(yōu)勢，利用貴州省畢節(jié)局市110kV畢朝線耐張塔覆冰監(jiān)測終端實際測量拉力值數(shù)據。對比分析覆冰監(jiān)測終端實際測量等值覆冰厚度值，以及經過本文傾角優(yōu)化后重新計算同時間下覆冰厚度。表2為A相線人工觀冰統(tǒng)計情況，經過相對誤差計算得出，修正后結果與人工觀冰之間的平均相對誤差為2.84%，更加接近于真實水平。

5 結論

本文通過覆冰監(jiān)測 現(xiàn)有耐張塔計算模型進行分析，提出了優(yōu)化傾角測量、傾角上電功耗改進思路，并通過實際案例分析優(yōu)化傾角測量后模型計算結果與人工觀冰進行比對，主要有以下結論：傾角濾波電路修改后能夠減少角度穩(wěn)定時間，進而減少了傾角傳感器上電工作時間實現(xiàn)降低傾角子機功耗的目的；傾角優(yōu)化后的覆冰厚度計算結果更加接近于真實水平。

參考文獻：

[1]黃新波，歐陽麗莎，王婭娜等.輸電線路覆冰關鍵影響因素分析[J].高電壓技術，2011，37（07）：1677-1682.

[2]李昊，傅闖，劉旭等.南方電網架空輸電線路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)及其運行分析[J].陜西電力，2013，41（04）：20-23.

基金項目：電網公司科技項目（基于導線運動狀態(tài)識別的傾角法輸電線路覆冰監(jiān)測技術：GZDKY-18-029）

作者簡介：冒國龍（1990-），男，貴州人，碩士，從事輸電線路工程。