CN102589618B - 一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力设备状态监测领域，具体涉及一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法。本方法通过超声波探头向输电线发射高频脉冲信号，并接收反射波，测量没有覆冰情况下超声波探头和输电线表面的距离d0；对输电线路拍摄图片进行图像处理，判断是否有覆冰存在；当有覆冰存在时，测量超声波探头到覆冰间的距离d1，并计算得到覆冰的厚度D＝d0-d1，然后将测量得到的数据发送回电网控制中心。本方法不受气象环境的影响，可以在低温环境中作业，视频监控***可以为覆冰情况提供宏观监测。

Description

一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法
技术领域
本发明涉及电力设备状态监测领域，具体涉及一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法。
背景技术
架空输电线的覆冰灾害是普遍困扰各国电网输电线路安全运行严重问题。覆冰线路在有风载情况下易造成舞动和相间闪络，脱冰引起的线路跳跃易损坏导线，严重时可造成线路跳闸停运、以及短线倒塔等事故。
近年来，我国电网输电线路的电压等级逐步提高，大跨度架空输电线路不断增多，在恶劣环境下，电网遭受的大范围冰情灾害越来越严重。2005年12月，我国华中地区的持续大范围雨凇天气造成500kV线路大范围冰闪跳闸和断线倒塔事故；2008年初，我国南方持续的雨雪、冻雨天气致使14个省级电网遭受严重灾害，致使119条500kV和343条220kV线路受灾停运；2011年1月我国南方地区的冻雨灾害致使湖南电网118条线路覆冰，贵州电网1528条10kV及以上线路覆冰，855条10kV及以上线路跳闸，40个35kV及以上变电站因灾停运。因此随着国家电网规划建设1000kV和±800kV特高压电网，为保证架空输电线路的安全、稳定运行，需要一种更加完善的监测***。
当前输电线路覆冰状态的监测方法主要有：一是导线覆冰后各参数倾角的测量，根据力学计算得到覆冰情况；二是基于图像处理的视频监测。在覆冰情况下，线路所处的气象环境一般都较为恶劣，往往伴随风载造成的舞动，因此力学计算和图像处理的方法均容易造成很大误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法，该方法采用超声测量覆冰厚度，可以精确得到导线表面覆冰的厚度，并由视频监控提供全局覆冰情况监测，可自动激活，并采集现场信息经过处理后发回电网控制中心，为输电线除冰提供准确的依据。
该方法包括以下步骤：
步骤一：通过超声波探头向输电线发射高频脉冲信号，并接收反射波，测量没有覆冰情况下超声波探头和输电线表面的距离d0；
步骤二：当气象参数达到预警值时，对输电线路拍摄图片，并进行图像处理；
步骤三：当图像处理结果显示没有覆冰存在，图像处理数据发送回电网控制中心，然后停止监测；
步骤四：当图像处理结果显示输电线上有覆冰存在，则通过超声波探头发射高频脉冲信号，同时定时器开始计时，脉冲到达覆冰导线表面形成反射，反射波返回至接收器计时停止，通过精确测量超声波在覆冰中传播的时间测得超声波探头到覆冰间的距离d1；
步骤五：有覆冰情况下，计算得到覆冰的厚度D＝d0-d1；
步骤六：测量得到的数据发送回电网控制中心；
步骤七：电网控制中心可发送查询指令通过第一电网控制中心查询模块或第二电网控制中心查询模块重新查询气象参数、线路的覆冰情况、以及覆冰厚度；
步骤八：监测结束，等待下一次监测命令。
所述步骤三种的定时器的晶振频率为12MHz，以确保精度达到1μs，保证超声的测量误差小于1mm。
本发明的有益效果为：
超声波方向性好、适合于定向发射、不需要与输电线直接接触，测量输电线覆冰的厚度能够精确到1mm以内，通过多点测量可以准确的得到不同档距内的覆冰厚度，是作为测量覆冰厚度的理想方法，能为电网输电线除冰提供有效的依据。
超声波测量覆冰厚度不受气象环境的影响，可以在低温环境中作业，视频监控***可以为覆冰情况提供宏观监测。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
图2为本发明所述方法工作时的位置关系示意图；
图3为本实施例中采用的装置的模块连接示意图；
图中标号：
1-覆冰；2-高频脉冲信号；3-超声波探头；4-反射波；5-输电线。
具体实施方式
本发明提供了一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明可以基于所述装置实现，其具体结构如图3所示。该装置由气象监测及查询模块、覆冰厚度测量模块、导通开关、信号发送模块、电源、唤醒控制模块、第一电网控制中心查询模块组成。气象监测及查询模块包括传感器阵列、气象参数采集模块、预警参数设置模块、第二电网控制中心查询模块，气象参数采集模块分别与预警参数设置模块及传感器阵列连接，电网控制中心查询模块分别与气象参数采集模块及预警参数设置模块连接，第二电源与预警参数设置模块连接，第三电源与传感器阵列连接；覆冰厚度测量模块包括视频处理模块、超声测厚模块、减法运算模块以及差分曼彻斯特编码模块，视频处理模块和减法运算模块分别与超声测厚模块、差分曼彻斯特编码模块连接；所述差分曼彻斯特编码模块与信号发送模块连接；所述预警参数设置模块、视频处理模块以及唤醒控制模块分别与导通开关连接；第一电网控制中心查询模块与唤醒控制模块连接；第一电源分别与导通开关、唤醒控制模块连接。
所述传感器阵列由温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器组成；且均为无线传感器，用于监测气象条件，能够向气象采集模块实时的发送气象参数信息。第一电源、第二电源和第三电源均为太阳能电池。超声测厚模块采用超声波探头。
该装置采用本发明所述方法进行监测的工作流程以及工作状态如图1和图2所示，具体为：
步骤一：超声测厚模块控制超声波探头3向输电线5发射高频脉冲信号2，并接收反射波4，测量没有覆冰情况下超声波探头3和输电线5表面的距离d0；
步骤二：当气象参数达到预警值，预警参数设置模块激活覆冰厚度测量模块，启动视频处理模块；
步骤三：图像处理结果没有覆冰存在，图像处理数据通过信号发送模块发送回电网控制中心；t时间后，唤醒控制模块断开导通开关，电路休眠；
步骤四：图像处理结果显示输电线5上有覆冰1存在，电路继续激活超声测厚模块，超声波探头3发射高频脉冲信号2的同时开始计时，脉冲到达覆冰导线表面形成反射，反射波4返回至接收器计时停止，通过精确测量超声波在覆冰中传播的时间T测得超声波探头3到覆冰1间的距离d1，定时器的晶振频率为12MHz，以确保精度达到1μs，保证超声的测量误差小于1mm；在外界环境中，超声波波速与温度的近似关系为C＝C0+0.607×T，C0为零度时超声波在空气中传播的速度332m/s，T为环境温度(℃)；t时间后，唤醒控制模块断开导通开关，电路休眠；
步骤五：有覆冰情况下超声测得的数据经过减法运算模块的计算得到覆冰1的厚度D＝d0-d1；
步骤六：测量得到的数据由差分曼彻斯特编码模块进行编码，建立数据包后，由信号发送模块发送回电网控制中心；
步骤七：电网控制中心可发送查询指令通过第一电网控制中心查询模块或第二电网控制中心查询模块重新查询气象参数、线路的覆冰情况、以及覆冰厚度；
步骤八：t时间后，覆冰厚度测量模块休眠。

Claims (2)

1.一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过超声波探头向输电线发射高频脉冲信号，并接收反射波，测量没有覆冰情况下超声波探头和输电线表面的距离d0；
步骤二：当气象参数达到预警值时，对输电线路拍摄图片，并进行图像处理；
步骤三：当图像处理结果显示没有覆冰存在，图像处理数据发送回电网控制中心，然后停止监测；
步骤四：当图像处理结果显示输电线上有覆冰存在，则通过超声波探头发射高频脉冲信号，同时定时器开始计时，脉冲到达覆冰导线表面形成反射，反射波返回至接收器计时停止，通过精确测量超声波在覆冰中传播的时间测得超声波探头到覆冰间的距离d1；
步骤五：有覆冰情况下，计算得到覆冰的厚度D＝d0-d1；
步骤六：测量得到的数据发送回电网控制中心；
步骤七：电网控制中心可发送查询指令通过第一电网控制中心查询模块或第二电网控制中心查询模块重新查询气象参数、线路的覆冰情况、以及覆冰厚度；
步骤八：监测结束，等待下一次监测命令；
所述智能监测方法基于下述智能监测装置实现：该装置由气象监测及查询模块、覆冰厚度测量模块、导通开关、信号发送模块、电源、唤醒控制模块、第一电网控制中心查询模块组成，其中，
气象监测及查询模块包括传感器阵列、气象参数采集模块、预警参数设置模块、第二电网控制中心查询模块，气象参数采集模块分别与预警参数设置模块及传感器阵列连接，电网控制中心查询模块分别与气象参数采集模块及预警参数设置模块连接，第二电源与预警参数设置模块连接，第三电源与传感器阵列连接；
覆冰厚度测量模块包括视频处理模块、超声测厚模块、减法运算模块以及差分曼彻斯特编码模块，视频处理模块和减法运算模块分别与超声测厚模块、差分曼彻斯特编码模块连接；
所述差分曼彻斯特编码模块与信号发送模块连接；
所述预警参数设置模块、视频处理模块以及唤醒控制模块分别与导通开关连接；
第一电网控制中心查询模块与唤醒控制模块连接；
第一电源分别与导通开关、唤醒控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种电网输电线路覆冰状态的智能监测方法，其特征在于，所述步骤四中的定时器的晶振频率为12MHz，以确保精度达到1μs，保证超声的测量误差小于1mm。
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