[发明专利]一种基于称重法的直线塔导线覆冰厚度计算方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路覆冰计算领域，尤其涉及一种基于称重法的直线塔导线覆冰厚度计算方法和系统。

背景技术

输电线路覆冰是电网安全运行的重大威胁，严重的覆冰将导致倒塔、断线等重大事故。南方电网为了在覆冰期及时、有效的监测与预警冰情，建立了覆冰预警系统，为防冰工作人员制定防冰、融冰决策提供了巨大的技术支持。

覆冰厚度计算模型是覆冰预警系统的重要组成部分。覆冰监测终端采集的基础数据，经过覆冰厚度计算模型换算成现场覆冰厚度，才能直观、准确的反映输电线路覆冰情况。在覆冰在线监测技术中，由于称重法原理直接、技术应用相对成熟，因此用于工程实践中的主要采用基于称重法原理的覆冰厚度计算模型。

目前，国内直线塔导线覆冰厚度计算模型形式多样，但普遍停留于理论性层面，针对性工程性模型的研究仍然不够深入，各类直线塔覆冰模型的计算结果准确性得不到保证，缺乏统一、经得起工程应用检验的模型。

如图1所示，架空输电线路覆冰监测终端一般由监测终端、通信网络和系统主站(图中用监控中心主站表示)构成。其中，覆冰监测终端(即监测终端)包括拉力及角度传感器、泄露电流传感器、气象传感器、角度传感器、摄像头等部件。具体运作流程为：传感器监测现场数据，通过GSM/GPRS网络传送至系统主站，系统主站的后台软件根据覆冰厚度计算模型，实时计算导线覆冰厚度。覆冰在线监测技术拟在解决人工巡视效率低、建造观冰站费用高且效果不明显等问题。

目前，覆冰厚度计算方法主要有流体力学法、称重法、倾角—张力法、倾角—弧垂法、图像监测法、模拟导线法等，其中称重法、倾角法原理较简单、设备要求较低，在国内工程实践中应用最广。但是由于角度传感器精度不够及故障率较高等问题，倾角法存在的技术难点较多，因此称重法是目前最适于覆冰厚度监测的方法。

称重法即是通过覆冰终端监测绝缘子串悬挂点荷载、环境气象条件、倾角等参量，运用静力分析方法，将监测荷载的增量换算成等值覆冰厚度(冰密度0.9g/cm³)。虽然不同研究者采用的静力分析方法、终端监测参量、数据处理过程有所差异，但是大体思路相近。

近几年，国内学者提出的直线塔覆冰厚度计算模型主要包括:：

华南理工大学的阳林等提出了“反演计算”直线塔覆冰厚度计算模型，具体思路为：以绝缘子串悬挂点拉力和倾斜角为基本参量，考虑风偏因素，将导线力学参量归算到风偏平面，通过风偏平面内竖直方向的静力学受力平衡计算出等效导线长度，进而计算等值覆冰厚度，同时根据人工观冰结果不断修正等效导线长度，提高计算结果的准确性。该模型又被称为反演计算模型，现为南方电网统一部署模型。

西安金源电气提出了“三塔两档”直线塔覆冰厚度计算模型，具体思路为：认为监测杆塔悬挂点受竖直方向力、顺线路方向力、垂直线路方向风荷载构成，需根据拉力传感器、倾角传感器监测量，将悬挂点综合荷载归算到竖直方向荷载，竖直方向荷载除以因倾角变化而改变的垂直档距内导线长度，得到单位长度覆冰荷载，最后求出等值覆冰厚度。

华中电网公司架空线路覆冰在线监测系统采用的直线塔导线覆冰厚度计算模型思路为：根据输电导线综合荷载由导线自重荷载、覆冰荷载、风荷载构成，以此建立受力平衡模型，以综合荷载减去垂直档距内导线自重荷载和风荷载得到覆冰荷载，进而换算成等值覆冰厚度。

其他基于称重法的直线塔导线覆冰模型大体思路同上述三个覆冰模型相近，即先求解竖直方向力的变化，进而求出覆冰荷载，最后计算等值覆冰厚度。上述直线塔导线覆冰厚度计算模型存在的不足包括：

(1)大量依靠倾角传感器监测数据。倾角传感器易受外界条件和安装位置的影响，其测量的绝对误差一般为2～3°(实验数据)，甚至更大，在工程上运用的覆冰模型，若采用倾角传感器监测数据，计算结果偏差较大。

(2)计算过程未充分考虑绝缘子串重及夹角的影响。500kV输电电路的绝缘子串重一般为数百千克，而800kV输电电路的绝缘子串重可达数千千克。在计算过程中，若将绝缘子串重忽略，或对绝缘子串中受力分析不正确，将严重影响最终的覆冰厚度计算结果。

(3)对杆塔、线路的输入参数要求高。国内大多数直线塔导线覆冰厚度计算模型过分依赖输入杆塔、线路设计参数，对设计参数的准确性要求高。同时，几乎所有覆冰模型都无法自检验输入数据是否有误。

(4)不能完全考虑气象条件的影响。影响直线塔垂直档距的气象条件包括：气温、风速、覆冰厚度。一般模型在计算过程中，无法综合考虑气温、风速、覆冰厚度、监测拉力之间的关系，导致覆冰厚度计算结果误差较大。