架空输电线路覆冰实时监测方案探讨

颜剑张小梅　

（1.湖北省电力勘测设计院　2.武汉市测绘研究院　湖北　武汉　430000）

架空输电线路覆冰实时监测方案探讨

颜剑1张小梅2

（1.湖北省电力勘测设计院2.武汉市测绘研究院湖北武汉430000）

架空输电线路覆冰现象是造成输电线路产生问题的重要原因。架空输电线路覆冰厚度超过一定的限制，会产生线路压断、闪络或者杆塔倾斜的危险。因此对于架空输电线路的覆冰监测研究一直是相关学者和电力工作人员普遍重视的问题。只有做好架空输电线路的覆冰实时监测才能更好的计算覆冰的厚度和产生的负荷，从而快速的进行维护和抢修，保证电力系统运行的稳定性。本文首先分析架空输电线路覆冰形成的机理，并探讨架空输电线路覆冰计算，然后深入分析架空输电线路覆冰实时监测方案。

架空输电线路；覆冰监测；监测方案

架空输电线路覆冰现象在我国一直是引起输电线路产生问题的重要原因。冬季气温较低的情况下，各个地区经常会产生冻雨覆冰的现象，所以为了更好的应对这一问题，必须加强对架空输电线路覆冰的实时监测，避免出现线路压断、跳闸、杆塔线路倒塌的危害。现今我国在国外先进的覆冰监测技术的基础上，发展了弧垂实时监测的方法和小型气象站分析法以及视频图像实时监测技术综合利用的覆冰监测方法，从而实现对架空输电线路的覆冰形成的气象条件、形成的具体过程以及覆冰产生的厚度和负荷进行实时的监测。实现对架空输电线路覆冰现象的防治和后期的抢修，避免架空输电线路因为覆冰而产生严重的电路损坏问题。

1　架空输电线路覆冰形成的原因

1.1输电线路覆冰形成的机理

架空输电线路覆冰问题多发生在我国南方以北的区域。覆冰形成的原因主要是受到冷暖气流交汇的影响。如果空气中仅有冷空气流入，会产生降温和刮风的现象，但是因为空气中没有一定湿度的气流所以不会产生雨雪，因此不会造成线路覆冰。当冷空气和南方的暖湿气流交汇时，就会出现将雨降雪的现象和微量的覆冰现象。如果冷暖气流非常强烈就会产生强大的雨雪和覆冰。极易造成输电线路的故障。输电线路的覆冰按照冻结的程度可以分为四种类型：①雨凇；②混合冻结；③雾凇；④冻雪。四种类型的覆冰现象具有不同的气象差别。

1.2覆冰形成的影响条件

架空输电线路覆冰的影响条件主要是受到气象条件、地形地势特点以及线路自身因素的综合影响。例如气象条件中，容易产生雨雪的区域极易发生覆冰的现象；地势较高的区域，空气气温往往不较低极易造成覆冰的危害；如果线路本身在施工建设时选择的材料质量不合格或者其它因素等受到覆冰的危害明显加大。同样的在同一输电线路中覆冰的厚度还和线路架空的高度、方位、档距等有着明显的关系。

2　架空输电线路覆冰厚度计算方法

架空输电线路覆冰厚度计算是为了准确的了解覆冰厚度的大小对线路产生的危害，从而根据厚度的限值有效的确定覆冰厚度的值是否会对线路产生影响。通常情况下都是通过多种近似的计算将覆冰的厚度换算成雨凇的标准冰厚（便准厚度为圆形的断面厚度，密度为为0.9g/cm3）的方法进行计算。

（1）采用覆冰的断面长轴长度和短轴的长度依照椭圆面积换算的标准进行计算时，假设覆冰的密度为ρx（g/cm3），断面的长半轴长度为D1/2（mm），短半轴长度为D2/2（mm），导线直径为D（mm）。所以按照椭圆面积换算的标准计算覆冰厚度b（mm）为：

（2）按照覆冰的断面周长来计算覆冰的厚度时，假设线路覆冰的整体外围周长为L（mm），周围截面的面积和外围直径为Dn（mm），并与圆形的面积等值。计算覆冰厚度b（mm）为：

（3）按照实际的覆冰的截面面积进行计算时，利用硬纸片套进已经在覆冰的断面用工具进行挖空的孔洞中，然后复制轮廓的外形，算出覆冰和电线总的截面面积，设为An（mm2）。计算覆冰厚度b（mm）为：

3　架空输电线路覆冰实时监测方案

3.1气象站监测方案

采用这种方法对输电线路进行覆冰的实时监测需要在线路的沿线设置小型的气象站，并且还要在导线上安装相应的测温仪器。现今我国引进的国外小型气象监测站可以准确的测量线路周围的环境气温、风速、湿度以及降雨量等众多的气象条件。可以利用GSM/GPRS通道准确的将监测的数据传输到线路监测控制中心。可以实时的监测输电线路覆冰想成的气象条件，以便可以及时采取应对措施。在导线上安装相应的测温仪器的主要功能是为了在小型气象站监测周围气候条件时提供必要的导线温度监测。例如，导线的负荷电流如果较大就会在导线的内部产生一定的温度，如果导线的温度大于0℃，那么在相应的覆冰气候条件下也不会产生覆冰。

图1　输电线路覆冰综合监测系统示意图

3.2视频图像监测方案

利用视频图像的监测的方法主要是在输电线路的沿线的杆塔中设置一定视频监测装置，从而实现对导线、杆塔以及整体线路等覆冰的形成状况进行实时的监测。现今我国拥有众多的生产线路视频监测装置的厂家，并且已经拥有了比较完备的生产技术，视频装置在设置上也更加的注重监测的自动性和有效性。视频装置可以通过实时的监测将监测线路段的图像资料通过GSM/GPRS通道传输到线路监测控制中心。可以实现对监测图像的分析和回放。保证对输电线路的全天候实时监测效果。但是利用视频及装置进行覆冰的实时监测会出现一定的缺陷，例如在狂风和暴雪的天气下，监测的视频镜头很可能被雪覆盖，或者出现损毁，不能保证生成图像的清晰度，有时还会出现不成像的问题。

3.3弧垂覆冰监测方案

采用弧垂监测的方法主要是通过在沿线的线路中安置温度或倾角的测量球来测量直线塔中的绝缘子串的动态夹角来实现对线路的覆冰监测。该装置是可以实现在线监测的监测方法，可以直接的对导线的温度以及导线的倾斜角进行监测，利用监测的数据有效的计算出导线的弧度。为了保证该装置可以在恶劣的气候条件中以及高压电场的条件下可以稳定的运行，该装置的电源形成方式是采用线路电流产生感应电源，同时将GSM/ GPRS通信模式有效运用，发展出多层屏蔽和密封技术。可以有效的测量导线由于覆冰重量的增加而引起的导线弧度的动态变化，有效的对输电线路的覆冰情况进行监测。

3.4架空输电线路覆冰实时综合监测方案

架空输电线路的综合监测方案的应用主要是将上述的气象站监测方案、视频图像监测方案、弧垂覆冰监测方案进行综合利用，可以实现对输电线路的实时监测的效率和效果。综合监测方案的示意图如图1所示。

具体的监测流程是：①先由小型的气象监测站监测输电线路沿线的气象环境因素，监测周围是否出现导致覆冰现象的气象条件。②然后输电线路的沿线的杆塔中设置一定视频监测装置监测线路区域中雨雪降落的具体状况，监测导线上和绝缘子串上是否已经出现覆冰的现象。③如果出现覆冰的现象可以利用弧垂覆冰监测方案，测量导线的倾斜角的变化状况和导线垂弧的变化数值。然后通过实时数据的收集，确定导线弧垂和覆冰厚度的关系曲线。从而有效的监测出输电线路的覆冰状况。有利于电力工作人员可以根据监测的数据进行及时的维护和抢修，避免输电线路因为覆冰而产生线路损毁、闪络、杆塔线路塌斜等问题。

4　结语

现今从我国整体的架空输电线路的覆冰监测来说，大多数的电力企业依然采用人工巡检的方式，存在着许多缺陷。尤其是在地势、地形较为复杂的架空线路中采用人工巡检的方式具有巨大的工作困难性。本文探讨了小型监测站实时监测的方法、视频监测方法和计算导线弧垂的监测方法在监测输电线路覆冰中具有强大的优势因此在今后的发展中，应该得到大范围的推广和应用。

[1]徐青松，候炜，王孟龙，等.架空输电线路覆冰实时监测方案探讨[J].浙江电力，2009，26（3）：9～12，45.

[2]李立浧，阳林，郝艳捧，等.架空输电线路覆冰在线监测技术评述[J].电网技术，2012，36（2）：237～243.

[3]李昊，陈鹏，傅闯，等.南方电网架空输电线路覆冰监测系统及其运行分析[A].2013年加强电网抗冰能力技术经验交流会论文集[C].2013：141～ 147.

TM755

A

1673-0038（2015）32-0281-02

2015-7-21