倾角传感器在输电线路覆冰监测中的应用

冒国龙 黄良 殷蔚翎 虢韬 卢金科 朱彬 庄红军 郭莉萨

摘 要：由于局部微地形微气象区域造成风偏角、线路拉力倾角测量不准确的现状，本文利用双轴高分辨率双向测量，采用修改滤波电容方法，对倾角测量值及上电时间、功耗进行修正，并通过实际案例分析优化倾角测量后模型计算结果与人工观冰进行比对，验证了本文优化倾角测量方法能够提高耐张塔覆冰厚度计算准确性。

关键词：倾斜角度；等值覆冰厚度；功耗；比对

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

0 引言

2008年冰灾以后，为增强南方电网抵御低温冰冻雨雪等重大自然灾害的能力，南方电网在组织抗冰救灾的同时，积极开展输电线路抗冰融冰等研究工作[1]。从2009年至今，虽然覆冰监测系统能够实时了解线路覆冰情况，但在覆冰厚度计算方面仍然存在一定的误差。造成覆冰监测系统准确率仍然不高的现状，主要是由于某些关键技术没有解决，比如局部微地形微气象区域绝缘子串倾角、风偏角测量不准确等。

本文利用高精度双轴倾角传感器，对现有覆冰监测系统倾角测量进行修正，并根据修正后倾角计算出的覆冰厚度值与现有系统监测结果进行比对，通过本文的研究能够提升监测终端冰情监测准确性，减少现场人工观冰的工作量。

1 现有监测系统覆冰厚度计算模型

如图1所示为现有覆冰监测系统中耐张绝缘子串受力分析，AC段表示无风时的耐张绝缘子串，AD段则表示有风时的耐张绝缘子串。风偏方向为垂直于顺线方向所在平面ABC并处于平面ACD内的方向。对悬挂点A进行受力分析，容易得到图中三个力大小关系为[2]：

其中，θ为风偏角，F为有风偏角时拉力传感器测量值，Tp为无风时拉力传感器测量值，Fw为风力。从上述计算模型可以看出，风偏角、拉力测量值均依赖于倾角测量的准确程度。

2 倾角传感器原理

本文倾角测量采用VTI公司的SCA100T，该芯片提供了两种倾角测量模式，即模拟方式和数字方式。数字方式获取到的倾角值准确度和分辨率能够满足南网测试规范对倾角传感器的要求，故本处采集使用数字式。同时，该倾角传感器具有一定的优势特性：XY双轴高分辨率双向测量、内置温度传感器和温度补偿等，倾角测量芯片通过滤波电路将测量数据以数字方式传输至处理单元，最后通过RS485总线方式发给主控器。

3 倾角传感器上电稳定性改进

由于倾角传感系统上电会造成一定的系统功耗，因此本文利用修改滤波电容方法来缩减滤波电路稳定时间，进而减少倾角上电耗时，降低功耗。在室温条件下，采样频率1Hz，依次改变不同角度进行测试，读取温度补偿瞬时值，来测试修改后滤波电路上电稳定时间。根据实验测试结果显示，修改滤波电路后，角度上电10s后稳定角度在0.02°-0.03°范围内波动，可以通过软件滤波来进行修正调整。可以看出倾角滤波电路修改后能够减少角度稳定时间，进而减少了倾角传感器上电工作时间可以实现降低倾角子机功耗的目的。

4 实例分析

为了验证本文所提出的倾角測量方式的优势，利用贵州省毕节局市110kV毕朝线耐张塔覆冰监测终端实际测量拉力值数据。对比分析覆冰监测终端实际测量等值覆冰厚度值，以及经过本文倾角优化后重新计算同时间下覆冰厚度。表2为A相线人工观冰统计情况，经过相对误差计算得出，修正后结果与人工观冰之间的平均相对误差为2.84%，更加接近于真实水平。

5 结论

本文通过覆冰监测 现有耐张塔计算模型进行分析，提出了优化倾角测量、倾角上电功耗改进思路，并通过实际案例分析优化倾角测量后模型计算结果与人工观冰进行比对，主要有以下结论：倾角滤波电路修改后能够减少角度稳定时间，进而减少了倾角传感器上电工作时间实现降低倾角子机功耗的目的；倾角优化后的覆冰厚度计算结果更加接近于真实水平。

参考文献：

[1]黄新波，欧阳丽莎，王娅娜等.输电线路覆冰关键影响因素分析[J].高电压技术，2011，37（07）：1677-1682.

[2]李昊，傅闯，刘旭等.南方电网架空输电线路覆冰监测系统及其运行分析[J].陕西电力，2013，41（04）：20-23.

基金项目：电网公司科技项目（基于导线运动状态识别的倾角法输电线路覆冰监测技术：GZDKY-18-029）

作者简介：冒国龙（1990-），男，贵州人，硕士，从事输电线路工程。