架空输电线路覆冰监测技术的研究现状

摘 要：本文简要概述了架空输电线路覆冰的危害；介绍了现有架空输电线路覆冰监测技术的研究现状；对现有监测系统的原理进行分析总结；根据现有监测系统的应用情况和存在的不足，提出了改进措施。

关键词：架空输电线路；覆冰；监测

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.252

我国地貌特征千差万别，输电网的大部分需要穿过高原、山地、盆地等气候恶劣的区域，在冰雪、冻雨等极端的气象条件下，输电线路覆冰成榱瞬豢杀苊獾奈侍狻O呗犯脖，易造成相间闪洛，增加导线的张力和塔架等金具的支撑载荷，严重时会造成断线、倒塌、电网列解等事故。为了电网的稳定、安全运行，输电线路覆冰监测技术成为急需解决的重大课题之一。

从监测系统实施的原理方法来看，可将其分以下几类：图像等效判别法、倾角-弧垂法、电容感应式传感器法、模拟导线法、行波法、称重法等。本节对现有监测系统的原理进行分析总结，并为系统的改进措施提出建议。

1 图像等效判别法

图像等效判别法的原理：摄像机放置在输电线路的不同位置上，对线路进行实时监测和拍照。通过GPRS将图像和数据传输到后台的监控中心，监控中心的计算机对接收到的图像和数据进行微积分计算，结合由导线的粗细算出来的结冰面积，通过换算得出覆冰的重量和厚度。该方法不仅可以测得输电导线上的覆冰量还可以测得绝缘子串上的覆冰量。

图像等效判别法的关键技术在于：如何获取能反映出导线覆冰的精确模型；以及如何精确的进行图像的边缘特征提取。现有的监测系统大多是基于单目视觉的输电线路覆冰监测算法，此类算法只能得到覆冰导线的二维坐标数学模型，对不规则的覆冰图像识别精度较低。因此，基于双目视觉的输电线路覆冰监测算法是发展的趋势。该算法利用的是双目视觉原理，用双摄像头从不同的角度获取覆冰导线的图像，建立导线的三维坐标数学模型来进行覆冰监测[1]。

2 倾角-弧垂法

倾角-弧垂法的原理：首先通过传感器对输电线路中悬挂点的倾角及线路的弧垂进行测量，然后通过线路的悬链线方程来计算出输电导线应力的变化，最后根据应力的变化推导出线路的覆冰量 [2]。

这一方法的特点就是需要传感器测量的量较少，算法简单，能够实时监测输电线路上的覆冰量。但是这种算法的前提要求输电线路上的覆冰情况是均匀的，而实际上，覆冰情况不可能是完全均匀的。在该方法中虽然弧垂和倾角随着覆冰量的变化而变化，但是这种变化量是非常小的，需要选择高精度的传感器进行测量，但会引起较大的误差。一些高校和科研院所已用该原理做出了部分监测系统。该系统的不足之处在于，其倾角传感器和拉力传感器需要装在高压输电导线上。安装时一般需要将输电线路断电，且在高空安装相应的装置难度也较大。

3 电容感应式传感器法

电容感应式传感器法是基于冰和空气电阻特性存在差异这一原理，设计了一种电容感应式传感器，用该传感器对输电线路中导线和塔杆的结冰量进行测量，从而实现对输电线路覆冰量的监测。

此传感器的原理：N对检测接点按一定的间隔竖直排列，这些接点连接着开关，这些开关能在一定的软件控制下按顺序分时接通。这样可以分别检测不同垂直高度的冰层、水层和空气层，然后通过对检测信号的处理就可以得出冰层的厚度。

由于输电导线覆冰的不均匀性，此种方法，不能全面的反映一档输电线路上的覆冰情况。

4 模拟导线法

模拟导线法是在输电线塔杆上挂上一根模拟导线，这跟导线跟真实导线同材质、同型号。通过测量模拟导线的覆冰，可以估计真实导线的覆冰量。这种方法的特点是：成本低，算法简单，测量装置安装方便，不影响正常的输电作业，不涉及到带电部分等。由于没有考虑到输电线路电线的温度、舞动和风载的影响，此方法会有一定的误差，不能全面的反应一档导线的覆冰情况。

5 行波法

行波法的原理：行波在不同长度的导线上传输的时间是不同的，覆冰会导致导线的长度发生变化，因此，通过测量行波在输电导线覆冰前后的时间差就可以算出导线长度的变化量，又因为覆冰量与输电导线长度的变化存在一定的关系，根据它们之间的关系就能得出覆冰量。

这一方法的特点是：输电导线在覆冰后的长度变化不是特别的大，尤其是在距离较短时，所以该方法只能测量很远的距离上输电线路的覆冰量。而当距离太远时，不同区域内的结冰厚度还可能存在很大的差别。因此这一方法测得的结果跟实际情况有较大的误差，不能精确的反应具体每一档内的覆冰情况。

6 称重法

当输电线路覆冰时，线路的载荷就会增加，输电线路的状态也会随之变化。该变化主要由覆冰引起。称重法的原理是，通过监测输电线路状态的变化，来监测输电线路的覆冰载荷。该方法可以实现自动测量，减少了工人在恶劣自然环境中的工作时间，且测量误差小，是一种非常有前途的输电线路覆冰载荷监测方式。根据监测参数的不同，称重法可以分为两种。一种是应力-称重法，另一种是坐标-称重法。

应力-称重法，是通过光纤光栅传感器直接测量输电导线应力的变化，监测线路覆冰[3]。这种方法的优点是测量结果精度高，原理简单。缺点是，传感器的安装制造困难，实施难度较大。

坐标-称重法，是先对输电导线上某些点的坐标值进行测量，通过坐标来计算输电线路的状态方程，再得到导线上的覆冰载荷，进而监测覆冰[4]。这种方法的特点是，不需要对现有线路进行改造，实施容易。缺点，没有考虑到风载荷的影响。

7 结论

本文对现有架空输电线路覆冰监测技术的研究现状进行综述，为后续覆冰监测技术的进一步研究提供了依据。

参考文献：

[1]陈立军.输电线路覆冰检测技术发展综述[J].化工自动化及仪表，2010，38（02）：129-133.

[2]徐青松.输电线路弧垂的实时监测[J].电网技术，2009，33（07）：14-19.

[3]罗健斌.基于光纤传感技术的高压输电线路覆冰状态监测研究[D].广州：华南理工大学，2013：60-68 .

[4]刘风坤.输电线路多缆除冰子机器人与覆冰检测系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013：45-59.