CN104242452A - 输电线路动态增容监测***及其增容监测方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路动态增容监测***及其增容监测方法，对输电线路进行实时监测，获取监测数据来计算输电线路的安全运行载流量，并根据安全运行载流量判断输电线路是否可以增容，若是，则提取预设的增容信息对输电线路进行增容。在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据，并将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。由于可实时对输电线路进行数据采集和数据监控，而且在进行增容时对输电线路的导线弧垂数据进行实时监测，综合考虑多种重要因素对输电线路安全运行的影响，提高了安全性。

Description

输电线路动态增容监测***及其增容监测方法

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种输电线路动态增容监测***及其增容监测方法。

背景技术

输电线路动态增容***是电网建设中输电环节的重要组成部分，是提升电网智能化生产运行管理的重要技术手段。输电线路动态增容***的核心内容是针对线路安全要求，在危险的线路上安装适当的状态监测设备，利用导线动态增容模型，为电网调度提供线路输送负荷时的重要实时监测参数和必要的技术支持，同时充分挖掘线路的容载潜力。

传统的输电线路动态增容监测***都是通过检测导线温度和环境气象信息并进行分析对输电线路进行动态增容，在增容过程中对导线温度和导线耐张段的轴向张力进行监控，如果超出阈值则发出警报。由于在增容过程中只是考虑导线温度和导线耐张段轴向张力对输电线路的影响，难以确保输电线路的安全运行，传统的输电线路动态增容监测***存在安全性低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种安全性高的输电线路动态增容监测***及其增容监测方法。

一种输电线路动态增容监测***，包括增容数据采集终端、动态增容服务器和连接所述动态增容服务器的应用终端，

所述增容数据采集终端用于对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至所述动态增容服务器；所述监测数据包括导线数据信息和环境数据信息；

所述动态增容服务器用于根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量，并根据所述安全运行载流量判断所述输电线路是否可以增容；若是，则提取预设的增容信息对所述输电线路进行增容；及在对所述输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算得到所述输电线路的导线弧垂数据；以及将所述监测数据和导线弧垂数据发送至所述应用终端显示。

一种输电线路动态增容监测***的增容监测方法，包括以下步骤：

增容数据采集终端对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至动态增容服务器；所述监测数据包括导线数据信息和环境数据信息；

所述动态增容服务器根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量；

所述动态增容服务器根据所述安全运行载流量判断所述输电线路是否可以增容；

若是，则提取预设的增容信息对所述输电线路进行增容；

所述动态增容服务器在对所述输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算得到所述输电线路的导线弧垂数据；

所述动态增容服务器将所述监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。

上述输电线路动态增容监测***及其增容监测方法，对输电线路进行实时监测，获取监测数据来计算输电线路的安全运行载流量，并根据安全运行载流量判断输电线路是否可以增容，若是，则提取预设的增容信息对输电线路进行增容。在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据，并将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。由于可实时对输电线路进行数据采集和数据监控，而且在进行增容时对输电线路的导线弧垂数据进行实时监测，综合考虑多种重要因素对输电线路安全运行的影响，与传统的输电线路动态增容监测***相比，提高了安全性。

附图说明

图1为一实施例中输电线路动态增容监测***的结构图；

图2为另一实施例中输电线路动态增容监测***的结构图；

图3为一实施例中输电线路动态增容监测***的增容监测方法的流程图；

图4为另一实施例中输电线路动态增容监测***的增容监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一种输电线路动态增容监测***，如图1所示，包括增容数据采集终端110、动态增容服务器120和应用终端130，应用终端130连接动态增容服务器120。

增容数据采集终端110用于对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至动态增容服务器120。

监测数据包括导线数据信息和环境数据信息，用作为动态增容服务器120进行增容分析提供数据。导线数据信息和环境数据信息的具体数据类型可根据实际需求进行调整。导线数据信息可包括导线温度数据、导线拉力数据和导线直径等。在其中一个实施例中，导线数据信息包括导线温度数据和导线拉力数据，增容数据采集终端110包括温度检测装置和张力检测装置。

温度检测装置用于实时获取输电线路的导线温度数据并发送至动态增容服务器120；张力检测装置用于实时获取输电线路的导线拉力数据并发送至动态增容服务器120。

此外，导线数据信息还可包括塔杆倾角数据和视频数据，同样用作动态增容服务器120进行增容分析。增容数据采集终端110可包括倾角测量装置和摄像装置，倾角测量装置用户实时测量输电线路的塔杆倾角数据并发送至动态增容服务器120，摄像装置用于实时对输电线路进行拍摄得到视频数据并发送至动态增容服务器120。

环境数据信息具体可包括环境温度、风向、风速、日照强度等，增容数据采集终端110可直接从当地气象局获取环境数据信息并发送至动态增容服务器120。

增容数据采集终端110与动态增容服务器120可以是通过有线网络连接，也可以是通过无线网络连接。在其中一个实施例中，如图2所示，输电线路动态增容监测***还包括GPRS通信服务器140，增容数据采集终端110通过GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)通信服务器140与动态增容服务器120进行数据通信。具体地，增容数据采集终端110以GPRS方式或MESH(无线网格网络)方式发送监测数据至GPRS通信服务器140。GPRS通信服务器140对增容数据采集终端110发送的数据统一进行解析后发送至动态增容服务器120。

进一步地，输电线路动态增容监测***还可包括网络隔离器，GPRS通信服务器140将解析得到的数据通过网络隔离器发送至动态增容服务器120，网络隔离器实现解析数据的单向传输，即GPRS通信服务器140解析的数据可以透过网络隔离器发送至动态增容服务器120，但动态增容服务器120上的任何信息不能传送到GPRS通信服务器140上，这样充分保障了动态增容服务器140的安全性，防止信息泄露。

动态增容服务器120用于根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量，并根据监测数据和安全运行载流量判断输电线路是否可以增容。若是，则提取预设的增容信息对输电线路进行增容；及在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据；以及将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端130显示，对输电线路的监测数据和导线弧垂数据进行实时监测。

动态增容的基本原理是由导线的发热和散热的热平衡推导得到，热平衡方程式为：

W_j+W_s＝W_r+W_f

其中，W_j为单位长度导线电阻产生的发热功率，W_s为单位长度导线的日照吸热功率，W_r为单位长度导线的辐射散热功率，W_f为单位长度导线的对流散热功率。

在计算过程中考虑的各个因素有所不同，使其公式的系数不同。具体可采用摩尔根公式安全运行载流量，适用于当雷诺系数为100～3000时，即环境温度为40℃、风速0.5m/s、导线温度不超过120℃时，可用于直径4.2～100mm导线载流量的计算。摩尔根公式如下：

$\mathrm{It}={\left\{\frac{{9.92\mathrm{\θ}\left(\mathrm{VD}\right)}^{0.485}+\mathrm{\π\ϵSD}[{(\mathrm{\θ}+t_a+273)}^4-{(t_a+273)}^4]-{\mathrm{\α}}_s{I}_{s}D}{k_t{R}_{\mathrm{dt}}}\right\}}^{0.5}$

其中，θ为导线的载流温升(℃)，V为风速(m/s)，D为导线外径(mm)，ε为导线表面的辐射系数，光亮新线ε为0.23～0.46，发黑旧线ε为0.90～0.95；S为斯蒂芬-包尔茨曼常数，具体取值为5.67×10^-8(W/m²)；t_a为环境温度(℃)，α_s为导线吸热系数，光亮新线α_s为0.23～0.46，发黑旧线α_s为0.90～0.95；k_t为温度为t＝θ+t_a℃时的导线交直流电阻比，R_dt为温度为t℃时的导线直流电阻，I_s为日光对导线的日照强度(W/m²)。

输电线路的最高运行温度主要受导线和金具(输电线路中广泛使用的铁制或铝制金属附件的统称)在高温下的变形和疲劳限制，DL/T5092《110-500kV架空输导线路设计技术规程》中规定钢芯铝绞线的允许温度为70℃，根据导线允许温度校核导线最大输送容量时一般考虑较苛刻的气象条件，本实施例中苛刻气象环境取值为：环境温度35℃、风速0.5m/s、太阳辐射功率密度0.1W/cm²。由于导线电流、日照、风速和环境温度都是随时间变化的函数，所以输电线路的导线温度也是随导线电流和环境条件的变化而随时改变的时间函数。

动态增容服务器120根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量具体可以有多种计算方式，不同计算方式所需的监测数据有所不同。在其中一个实施例中，动态增容服务器120根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量的处理过程具体包括：

获取输电线路的运行模式。运行模式包括稳态运行模式和暂态运行模式，根据输电线路原有的控制***可直接获取其运行模式。

若输电线路处于稳态运行模式，则根据计算安全运行载流量。导线数据信息包括导线载流时温升、导线外径、导线表面辐射系数、导线吸热系数、交直流电阻比和直流电阻，环境数据信息包括风速、日照强度和环境温度。

其中，A＝πεSD[(θ+t_a+273)⁴-(t_a+273)⁴]，θ为导线载流时温升，V为风速，D为导线外径，ε为导线表面辐射系数，I_s为日照强度，S为常数，t_a为环境温度，α_s为导线吸热系数，K_t为导线温度为θ+t_a时的交直流电阻比，R_dt为导线温度为θ+t_a时的直流电阻。

根据IEEE Std.738—2006标准中导线温度和载流量计算方法简述，以导线的热平衡方程为依据进行导线温度和载流量的计算。稳态热平衡方程为：

q_c+q_r＝q_s+I²R(T_c)

则

$I=\sqrt{\frac{q_c+q_r-q_s}{R\left(T_c\right)}}$

其中，q_c为导线对流热损失，q_r为导线辐射热损失，q_s为太阳热增量，I为安全运行载流量，T_c为导线温度，R(T_c)为导线温度为T_c时的电阻。

导线对流热损失q_c具体可包括强迫对流热损失和自然对流热损失两种。强迫对流热损失具体计算公式为

$q_{c1}=[1.01+0.0372{\left(\frac{{\mathrm{D\ρ}}_f{V}_w}{{\mathrm{\μ}}_f}\right)}^{0.52}]K_f{K}_{\mathrm{angle}}(T_c-T_a)$

$q_{c2}=0.0119{\left(\frac{{\mathrm{D\ρ}}_f{V}_w}{{\mathrm{\μ}}_f}\right)}^{0.6}{K}_f{K}_{\mathrm{angle}}(T_c-T_a)$

q_c1为低风速时的强迫对流热损失，q_c2为高风速时的强迫对流热损失，风速高低的划分可根据情况进行调整。D为导线直径，V_w为导线所处的空气流速度，ρ_f为空气密度，μ_f为空气动态粘度，K_f为温度为T_film时空气的热传导率，T_film＝(T_a+T_c)/2，K_angle为风向系数，T_a为导线周围空气温度，T_c为导线温度。

自然对流热损失当风速为零时，自然对流热损失仍存在，自然对流热损失具体计算公式为

$q_{\mathrm{cn}}={0.0205\mathrm{\ρ}}_f^{0.5}{D}^{0.75}{(T_c-T_a)}^{1.25}$

q_cn为自然对流热损失，ρ_f为空气密度，D为导线直径，T_a为导线周围空气温度，T_c为导线温度。

本实施例中计算低风速时输电线路的安全运行载流量时，导线对流热损失采用强迫对流热损失和自然对流热损失中的较大者，确保计算准确性。

导线辐射热损失q_r具体计算公式为

$q_r=0.0178\mathrm{D\ϵ}[{\left(\frac{T_c+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{T_a+273}{100}\right)}^4]$

其中，D为导线直径，ε为导线发射率，T_a为导线周围空气温度，T_c为导线温度。

太阳热增量q_s具体计算公式为

q_s＝αQ_sesin(θ)A′

其中，A′为导线单位长度的投影面积，α为导线的太阳吸收系数，Q_se为导线高度修正后太阳和空气的总辐射热量，θ为太阳光的有效入射角。太阳幅射热量可根据线路所在地理位置的经纬度等来确定，而不需实际测量值。

根据稳态热平衡方程对上述摩根公式进行简化后如下：

$I=\sqrt{\frac{{9.92\mathrm{\θ}\left(\mathrm{VD}\right)}^{0.485}+A-{\mathrm{\α}}_s{I}_{s}D}{K_t{R}_{\mathrm{dt}}}}$

A＝πεSD[(θ+t_a+273)⁴-(t_a+273)⁴]

θ为导线载流时温升(℃)，V为风速(m/s)，D为导线外径(m)，ε为导线表面辐射系数，光亮新线ε为0.23—0.46，发黑旧线ε为0.90—0.95；I_s为日照强度(w/m²)，S为常数，本实施例中为5.67×10^-8(w/m²)；t_a为环境温度，α_s为导线吸热系数，光亮新线α_s为0.23—0.46，发黑旧线α_s为0.90—0.95；K_t为导线温度为θ+t_a时的交直流电阻比，R_dt为导线温度为θ+t_a时的直流电阻。

至此便计算出输电线路处于稳态运行模式时的安全运行载流量。

若输电线路处于暂态运行模式，则根据或计算安全运行载流量。导线数据信息包括导线额定电流、导线施加短时负荷前的电流、导线预负荷系数、导线短时负荷运行时间、导线热时间常数、导线热容、导线外部热阻、导线体积热容系数、导线单位长度的体积、导线断续负荷周期和负荷接通率。

暂态运行时热平衡方程为：

$q_c+q_r+{\mathrm{mC}}_p\frac{{\mathrm{dT}}_c}{\mathrm{dt}}=q_s+I^{2}R\left(T_c\right)$

可得

$\frac{{\mathrm{dT}}_c}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{{\mathrm{mC}}_p}[q_s+I^{2}R\left(T_c\right)-q_c-q_r]$

其中，I为导线电流(A)，T_c为导线温度(℃)，R(T_c)为温度疋时导线每千米的交流电阻(Ω/km)，q_c为导线对流热损失(W/m)，q_r为导线辐射热损失(W/m)，q_s为导线的太阳热增量(W/m)，mC_p为导线的总热容量(J/m℃)。

影响导线暂态运行载流量计算的因素除了导线本身结构和气象条件外，还需要考虑施加负荷的方式和负荷持续时间。施加负荷的方式包括短时负荷和周期性断续负荷两种，根据施加负荷的方式的不同，利用如下公式计算输电线路处于暂态运行模式时的安全运行载流量。

$I_t=I_n\×{\left(\frac{1-x^2{e}^{-t/\mathrm{\τ}}}{1-e^{-t/\mathrm{\τ}}}\right)}^{1/2}$

$I_P=I_n\×{\left[\frac{(1-x^2)(1-e^{-p/\mathrm{\τ}})}{1-e^{\mathrm{-\αp}/\mathrm{\τ}}}\right]}^{1/2}$

x＝I₀/I_n

τ＝Q_c×T₄

Q_c＝c×v

$T_4=\frac{t_c-t_0}{P_C+P_r-P_S}$

其中，I_t为短时负荷时的安全运行载流量，I_n为导线额定电流，I₀为导线施加短时负荷前的电流，x为导线预负荷系数，t为导线短时负荷运行时间，τ为导线热时间常数，Q_c为导线热容，T₄为导线外部热阻；c为导线体积热容系数，v为导线单位长度的体积，p为导线断续负荷周期，αP为负荷电流流通时间，α为负荷接通率。I_p为周期性断续负荷时的安全运行载流量，t_c为导线温度，t₀为环境温度，P_C为导线对流热损失功率，P_r为导线辐射热损失功率，P_S为导线的太阳热增量功率。

至此便计算出输电线路处于暂态运行模式时的安全运行载流量。

本实施例中根据输电线路处于的运行模式采用对应的方式计算安全运行载流量，更加符合输电线路的实际工作情况，提高了安全运行载流量的计算准确度，同时也提高了输电线路动态增容监测***的适用性。

在其中一个实施例中，监测数据包括导线的热传递系数、环境温度和导线电阻。动态增容服务器120根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量具体为，根据 $I^{\′}=\sqrt{\frac{h_{70}\left(t\right)(70-T_a)+Q_r-Q_s}{R_{70}}}$ 计算安全运行载流量。

建立导线温度模型

I²R(T_C)+Q_S＝h(t)(T_C-T_a)+Q_r

其中，h(t)为热传递系数，表示环境温度和风速、风向的综合影响，可通过导线温度、导线电流计算得到，导线电流可从输电线路原有的监控***获取。导线辐射散热损失Q_r和太阳热增量Q_S的计算方法与上述稳态运行模式时计算安全运行载流量方法中类似。由导线温度模型可得

$h\left(t\right)=\frac{I^{2}R\left(T_C\right)+Q_S-Q_r}{T_C-T_a}$

则

$I^{\′}=\sqrt{\frac{h_{70}\left(t\right)(70-T_a)+Q_r-Q_s}{R_{70}}}$

其中，I′为安全运行载流量，h₇₀(t)为导线温度为70摄氏度时的热传递系数；T_a为环境温度，Q_r为导线辐射散热损失，Q_s为太阳热增量，R₇₀为导线温度为70摄氏度时的电阻。

根据导线运行时的温度和电流计算热传递系数h(t)，然后由h(t)近似为h70(t)求得导线最高允许温度70℃时的热容量，即安全运行载流量。通过引入热传递系数计算安全运行载流量，消除了因为风速测量的不准确而带来的误差，提高数据处理的准确性。

通过分析可知，导线温度模型中热传递系数取近似值在低风速情况下对导线容量的计算影响很小，可以通过选择导线温度范围(如导线温度高于环境温度8℃以上)将误差控制在很小的范围内，进一步提高数据处理的准确性。

可以理解，动态增容服务器120根据导线温度模型计算安全运行载流量并不是唯一的。在另一实施例中，动态增容服务器120根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量具体为，根据I＝f(V、v、T_a、α、β)计算安全运行载流量。

由前述稳态热平衡方程和暂态热平衡方程可知输电线路的安全运行载流量如下：

I＝f(Q_C、Q_r、Q_S、R(T_c))

由于导线对流散热损失Q_c、导线辐射热损失Q_r和导线的太阳热增量Q_s是风速V、风向v、环境温度T_a、日照强度α和导线本身特性β的函数，所以可进一步推导为

I＝f(V、v、T_a、α、β)

同样可计算得到安全运行载流量。

动态增容服务器120根据安全运行载流量判断输电线路是否可以增容，具体可通过获取输电线路的导线电流，并判断导线电流是否小于安全运行载流量来确定是否可以增容。导线电流同样可直接通过输电线路的原有控制***实时获取并进行预存储，若输电线路的导线电流小于安全运行载流量，则说明可以对输电线路进行增容。

工作人员可根据不同的增容类型预先设置相应的增容信息，增容类型可根据获得的输电线路的导线电流来划分，如将同一设定范围内的电流值定义为一种增容类型，也可根据其他导线数据来划分。增容信息可包括增容容量大小以及辅助调度方案。动态增容服务器120在判断输电线路可以增容后，提取增容信息对输电线路进行增容，具体可以是根据当前导线电流选择对应的增容信息进行增容，也可以是通过应用终端130接收用户输入的选择指令来选择对应的增容信息进行增容。此外，动态增容服务器120对输电线路进行增容时，还可与GIS(Geographic Information System，地理信息***)连动，综合输电线路更详细全面的地理信息进行增容，进一步提高增容安全性。

动态增容服务器120在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算输电线路的导线弧垂数据。

在其中一个实施例中，导线数据信息包括档距、架空线的比载、单位长度导线的重量、导线横截面积和架空线最低点应力。导线弧垂数据的具体计算方式如下：

f＝(L₁ ²g)/(8σ)

g＝W/S

其中，f表示导线弧垂数据，L₁为档距(m)，g为架空线的比载(N/m·mm²)，W为单位长度导线重量(N/m)，S为导线截面积(mm²)，σ为架空线最低点应力(N/mm²)，具体为水平应力。可以理解，计算导线弧垂数据的方式以及采用的监测数据的种类并不是唯一的。

在对输电线路实施增容的过程中，导线对地距离是影响线路安全运行的一个重要因素，动态增容服务器120对输电线路监测区域内的导线弧垂进行实时分析计算，分析增容过程中的导线弧垂变化趋势，提高输电线路运行的安全性。应用终端130具体可以以图形方式显示监测数据和导线弧垂数据，便于工作人员查看。

动态增容服务器120还可在导线弧垂数据超过预设的弧垂阈值时控制应用终端130输出预设的报警信息，通知工作人员及时进行处理，提高输电线路安全性。

上述输电线路动态增容监测***，在动态增容服务器120对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据，并将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端130显示。由于可实时对输电线路进行数据采集和数据监控，而且在进行增容时对输电线路的导线弧垂数据进行实时监测，综合考虑多种重要因素对输电线路安全运行的影响，提高了安全性。

在其中一个实施例中，应用终端130还用于接收动态增容服务器120发送的增容信息并进行显示，以及接收增容运行信息并发送至动态增容服务器120。动态增容服务器120在判断输电线路可以增容时，根据增容信息和增容运行信息对输电线路进行增容。

应用终端130具体可通过浏览器显示增容信息，以便用户登入访问。用户还可登入应用终端130后发送增容运行信息并发送至动态增容服务器120，增加对输电线路的增容方案，提高对输电线路增容的适用性。

在其中一个实施例中，动态增容服务器120还用于在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算输电线路的安全运行时间和安全运行限额，并发送至应用终端130显示进行实时监控，以确保线路增容的安全运行，进一步提高了输电线路增容安全性。

安全运行限额计算具体为通过设置导线温度限额(如70℃或80℃)和安全时间，计算：在出现“N－1”状况后，气象条件发生劣化(风速降为0)，在设置的安全时间内，导线温度不会超过导线温度限额(70℃或80℃)的安全电流限额。

安全运行时间计算具体为通过设置导线温度限额(如70℃或80℃)和运行电流限额，计算：在出现“N－1”状况后，气象条件发生劣化(风速降为0)，在运行电流限额下，导线温度不会超过导线温度限额(70℃或80℃)的安全时间。

此外，动态增容服务器120在对输电线路进行增容时，还可控制增容数据采集终端110监测输电线路对地及交叉跨越空气间隙距离，影响线路对地及交跨的安全裕度，并将监测到的数据发送至应用终端130显示，进一步提高输电线路运行安全性。

在其中一个实施例中，继续参照图2，输电线路动态增容监测***还可包括连接动态增容服务器120的数据存储服务器150。动态增容服务器120在判断输电线路不可进行增容时，将监测数据和安全运行载流量发送至数据存储服务器150进行存储，为以后的输电线路研究或整改等工作提供数据基础。

在其中一个实施例中，输电线路动态增容监测***还可包括连接动态增容服务器120的管理终端160。管理终端160用于对应用终端130中存储的允许登入的授权用户信息进行***维护，还可提供对输电线路动态增容监测***的控制管理等功能。

本发明还提供了一种输电线路动态增容监测***的增容监测方法，基于增容数据采集终端、动态增容服务器和应用终端实现，应用终端连接动态增容服务器。如图3所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S110：增容数据采集终端对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至动态增容服务器。

监测数据包括导线数据信息和环境数据信息，用作为动态增容服务器进行增容分析提供数据。导线数据信息和环境数据信息的具体数据类型可根据实际需求进行调整。导线数据信息可包括导线温度数据、导线拉力数据和导线直径等。在其中一个实施例中，导线数据信息包括导线温度数据和导线拉力数据，增容数据采集终端实时获取输电线路的导线温度数据和导线拉力数据并发送至动态增容服务器。

此外，导线数据信息还可包括塔杆倾角数据和视频数据，同样用作动态增容服务器120进行增容分析。增容数据采集终端实时测量输电线路的塔杆倾角数据，以及实时对输电线路进行拍摄得到视频数据，并将塔杆倾角数据和视频数据发送至动态增容服务器。

环境数据信息具体可包括环境温度、风向、风速、日照强度等，增容数据采集终端可直接从当地气象局获取环境数据信息并发送至动态增容服务器。

增容数据采集终端与动态增容服务器可以是通过有线网络连接，也可以是通过无线网络连接。在其中一个实施例中，增容数据采集终端通过GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用分组无线服务技术)通信服务器与动态增容服务器进行数据通信。具体地，增容数据采集终端以GPRS方式或MESH(无线网格网络)方式发送监测数据至GPRS通信服务器。GPRS通信服务器对增容数据采集终端发送的数据统一进行解析后发送至动态增容服务器。

进一步地，GPRS通信服务器将解析得到的数据通过网络隔离器发送至动态增容服务器，网络隔离器实现解析数据的单向传输，即GPRS通信服务器解析的数据可以透过网络隔离器发送至动态增容服务器，但动态增容服务器上的任何信息不能传送到GPRS通信服务器上，这样充分保障了动态增容服务器的安全性，防止信息泄露。

步骤S120：动态增容服务器根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量。

动态增容的基本原理是由导线的发热和散热的热平衡推导得到，热平衡方程式为：

W_j+W_s＝W_r+W_f

其中，W_j为单位长度导线电阻产生的发热功率，W_s为单位长度导线的日照吸热功率，W_r为单位长度导线的辐射散热功率，W_f为单位长度导线的对流散热功率。

在计算过程中考虑的各个因素有所不同，使其公式的系数不同。可采用摩尔根公式安全运行载流量，摩尔根公式如下：

$\mathrm{It}={\left\{\frac{{9.92\mathrm{\θ}\left(\mathrm{VD}\right)}^{0.485}+\mathrm{\π\ϵSD}[{(\mathrm{\θ}+t_a+273)}^4-{(t_a+273)}^4]-{\mathrm{\α}}_s{I}_{s}D}{k_t{R}_{\mathrm{dt}}}\right\}}^{0.5}$

其中，θ为导线的载流温升(℃)，V为风速(m/s)，D为导线外径(mm)，ε为导线表面的辐射系数，光亮新线ε为0.23～0.46，发黑旧线ε为0.90～0.95；S为斯蒂芬-包尔茨曼常数，具体取值为5.67×10^-8(W/m²)；t_a为环境温度(℃)，α_s为导线吸热系数，光亮新线α_s为0.23～0.46，发黑旧线α_s为0.90～0.95；k_t为温度为t＝θ+t_a℃时的导线交直流电阻比，R_dt为温度为t℃时的导线直流电阻，I_s为日光对导线的日照强度(W/m²)。

动态增容服务器根据监测数据计算输电线路的安全运行载流量具体可以有多种计算方式，不同计算方式所需的监测数据有所不同。在其中一个实施例中，步骤S120具体包括步骤21至步骤23。

步骤21：获取输电线路的运行模式。运行模式包括稳态运行模式和暂态运行模式，根据输电线路原有的控制***可直接获取其运行模式。

步骤22：若输电线路处于稳态运行模式，则根据计算安全运行载流量。导线数据信息包括导线载流时温升、导线外径、导线表面辐射系数、导线吸热系数、交直流电阻比和直流电阻，环境数据信息包括风速、日照强度和环境温度。

$I=\sqrt{\frac{{9.92\mathrm{\θ}\left(\mathrm{VD}\right)}^{0.485}+A-{\mathrm{\α}}_s{I}_{s}D}{K_t{R}_{\mathrm{dt}}}}$

A＝πεSD[(θ+t_a+273)⁴-(t_a+273)⁴]

其中，θ为导线载流时温升(℃)，V为风速(m/s)，D为导线外径(m)，ε为导线表面辐射系数，光亮新线ε为0.23—0.46，发黑旧线ε为0.90—0.95；I_s为日照强度(w/m²)，S为常数，本实施例中为5.67×10^-8(w/m²)；t_a为环境温度，α_s为导线吸热系数，光亮新线α_s为0.23—0.46，发黑旧线α_s为0.90—0.95；K_t为导线温度为θ+t_a时的交直流电阻比，R_dt为导线温度为θ+t_a时的直流电阻。

具体计算过程在上述输电线路动态增容监测***中已经进行了详细的解释说明，在此不做赘述。至此便计算出输电线路处于稳态运行模式时的安全运行载流量。

步骤23：若输电线路处于暂态运行模式，则根据或 $I_P=I_n\×{\left[\frac{(1-x^2)(1-e^{-p/\mathrm{\τ}})}{1-e^{\mathrm{-\αp}/\mathrm{\τ}}}\right]}^{1/2}$ 计算安全运行载流量。

导线数据信息包括导线额定电流、导线施加短时负荷前的电流、导线预负荷系数、导线短时负荷运行时间、导线热时间常数、导线热容、导线外部热阻、导线体积热容系数、导线单位长度的体积、导线断续负荷周期和负荷接通率。

$I_t=I_n\×{\left(\frac{1-x^2{e}^{-t/\mathrm{\τ}}}{1-e^{-t/\mathrm{\τ}}}\right)}^{1/2}$

$I_P=I_n\×{\left[\frac{(1-x^2)(1-e^{-p/\mathrm{\τ}})}{1-e^{\mathrm{-\αp}/\mathrm{\τ}}}\right]}^{1/2}$

x＝I₀/I_n

τ＝Q_c×T₄

Q_c＝c×v

$T_4=\frac{t_c-t_0}{P_C+P_r-P_S}$

其中，I_t为短时负荷时的安全运行载流量，I_n为导线额定电流，I₀为导线施加短时负荷前的电流，x为导线预负荷系数，t为导线短时负荷运行时间，τ为导线热时间常数，Q_c为导线热容，T₄为导线外部热阻；c为导线体积热容系数，v为导线单位长度的体积，p为导线断续负荷周期，αP为负荷电流流通时间，α为负荷接通率。I_p为周期性断续负荷时的安全运行载流量，t_c为导线温度，t₀为环境温度，P_C为导线对流热损失功率，P_r为导线辐射热损失功率，P_S为导线的太阳热增量功率。

具体计算过程在上述输电线路动态增容监测***中已经进行了详细的解释说明，在此不做赘述。至此便计算出输电线路处于暂态运行模式时的安全运行载流量。

本实施例中根据输电线路处于的运行模式采用对应的方式计算安全运行载流量，更加符合输电线路的实际工作情况，提高了安全运行载流量的计算准确度，同时也提高了输电线路动态增容监测***的适用性。

在其中一个实施例中，监测数据包括导线的热传递系数、环境温度和导线电阻。步骤S120包括以下步骤：

根据 $I^{\′}=\sqrt{\frac{h_{70}\left(t\right)(70-T_a)+Q_r-Q_s}{R_{70}}}$ 计算安全运行载流量。

其中，I′为安全运行载流量，h₇₀(t)为导线温度为70摄氏度时的热传递系数；T_a为环境温度，Q_r为导线辐射散热损失，Q_s为太阳热增量，R₇₀为导线温度为70摄氏度时的电阻。

具体计算过程在上述输电线路动态增容监测***中已经进行了详细的解释说明，在此不做赘述。根据导线运行时的温度和电流计算热传递系数h(t)，然后由h(t)近似为h70(t)求得导线最高允许温度70℃时的热容量，即安全运行载流量。通过引入热传递系数计算安全运行载流量，消除了因为风速测量的不准确而带来的误差，提高数据处理的准确性。

通过分析可知，导线温度模型中热传递系数取近似值在低风速情况下对导线容量的计算影响很小，可以通过选择导线温度范围(如导线温度高于环境温度8℃以上)将误差控制在很小的范围内，进一步提高数据处理的准确性。

可以理解，动态增容服务器120根据导线温度模型计算安全运行载流量并不是唯一的。在另一实施例中，步骤S120具体为，根据I＝f(V、v、T_a、α、β)计算安全运行载流量。

由前述稳态热平衡方程和暂态热平衡方程可知输电线路的安全运行载流量如下：

I＝f(Q_C、Q_r、Q_S、R(T_c))

由于导线对流散热损失Q_c、导线辐射热损失Q_r和导线的太阳热增量Q_s是风速V、风向v、环境温度T_a、日照强度α和导线本身特性β的函数，所以可进一步推导为

I＝f(V、v、T_a、α、β)

同样可计算得到安全运行载流量。

步骤S130：动态增容服务器根据安全运行载流量判断输电线路是否可以增容。

判断输电线路是否可以增容，若是，则进行步骤S150。具体可通过获取输电线路的导线电流，并判断导线电流是否小于安全运行载流量来确定是否可以增容。导线电流同样可直接通过输电线路的原有控制***实时获取并进行预存储，若输电线路的导线电流小于安全运行载流量，则说明可以对输电线路进行增容。

步骤S150：提取预设的增容信息对输电线路进行增容。

工作人员可根据不同的增容类型预先设置相应的增容信息，增容类型可根据获得的输电线路的导线电流来划分，如将同一设定范围内的电流值定义为一种增容类型，也可根据其他导线数据来划分。增容信息可包括增容容量大小以及辅助调度方案。动态增容服务器在判断输电线路可以增容后，提取增容信息对输电线路进行增容，具体可以是根据当前导线电流选择对应的增容信息进行增容，也可以是通过应用终端接收用户输入的选择指令来选择对应的增容信息进行增容。此外，动态增容服务器对输电线路进行增容时，还可与GIS连动，综合输电线路更详细全面的地理信息进行增容，进一步提高增容安全性。

步骤S160：动态增容服务器在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据。

在其中一个实施例中，导线数据信息包括档距、架空线的比载、单位长度导线的重量、导线横截面积和架空线最低点应力。导线弧垂数据的具体计算方式如下：

f＝(L₁ ²g)/(8σ)

g＝W/S

其中，f表示导线弧垂数据，L₁为档距(m)，g为架空线的比载(N/m·mm²)，W为单位长度导线重量(N/m)，S为导线截面积(mm²)，σ为架空线最低点应力(N/mm²)，具体为水平应力。可以理解，计算导线弧垂数据的方式以及采用的监测数据的种类并不是唯一的。

步骤S170：动态增容服务器将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。

在对输电线路实施增容的过程中，导线对地距离是影响线路安全运行的一个重要因素，动态增容服务器对输电线路监测区域内的导线弧垂进行实时分析计算，分析增容过程中的导线弧垂变化趋势，提高输电线路运行的安全性。应用终端具体可以以图形方式显示监测数据和导线弧垂数据，便于工作人员查看。

动态增容服务器还可在导线弧垂数据超过预设的弧垂阈值时控制应用终端输出预设的报警信息，通知工作人员及时进行处理，提高输电线路安全性。

上述输电线路动态增容监测***的增容监测方法，在动态增容服务器对输电线路进行增容时，根据监测数据计算得到输电线路的导线弧垂数据，并将监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。由于可实时对输电线路进行数据采集和数据监控，而且在进行增容时对输电线路的导线弧垂数据进行实时监测，综合考虑多种重要因素对输电线路安全运行的影响，提高了安全性。

在其中一个实施例中，步骤S150之前，输电线路动态增容监测***的增容监测方法还包括应用终端接收动态增容服务器发送的增容信息并进行显示，以及接收增容运行信息并发送至动态增容服务器的步骤。步骤S150中，动态增容服务器根据增容信息和增容运行信息对输电线路进行增容。

应用终端具体可通过浏览器显示增容信息，以便用户登入访问。用户还可登入应用终端后发送增容运行信息并发送至动态增容服务器，增加对输电线路的增容方案，提高对输电线路增容的适用性。

此外，动态增容服务器在对输电线路进行增容时，还可包括动态增容服务器控制增容数据采集终端监测输电线路对地及交叉跨越空气间隙距离，影响线路对地及交跨的安全裕度，并将监测到的数据发送至应用终端显示的步骤，可进一步提高输电线路运行安全性。

在其中一个实施例中，如图4所示，当动态增容服务器根据安全运行载流量判断输电线路不可增容时，输电线路动态增容监测***的增容监测方法还可包括步骤S140。

步骤S140：动态增容服务器将监测数据和安全运行载流量发送至数据存储服务器进行存储。

将监测数据和安全运行载流量发送至数据存储服务器进行存储，为以后的输电线路研究或整改等工作提供数据基础。

在其中一个实施例中，继续参照图4，当动态增容服务器根据安全运行载流量判断输电线路可增容时，输电线路动态增容监测***的增容监测方法还可包括以下步骤：

步骤S180：动态增容服务器根据监测数据计算输电线路的安全运行时间和安全运行限额，并发送至应用终端显示。

动态增容服务器在对输电线路进行增容时，根据监测数据计算输电线路的安全运行时间和安全运行限额，并发送至应用终端显示进行实时监控，以确保线路增容的安全运行，进一步提高了输电线路增容安全性。

安全运行限额计算具体为通过设置导线温度限额(如70℃或80℃)和安全时间，计算：在出现“N－1”状况后，气象条件发生劣化(风速降为0)，在设置的安全时间内，导线温度不会超过导线温度限额(70℃或80℃)的安全电流限额。

安全运行时间计算具体为通过设置导线温度限额(如70℃或80℃)和运行电流限额，计算：在出现“N－1”状况后，气象条件发生劣化(风速降为0)，在运行电流限额下，导线温度不会超过导线温度限额(70℃或80℃)的安全时间。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种输电线路动态增容监测***，其特征在于，包括增容数据采集终端、动态增容服务器和连接所述动态增容服务器的应用终端，

所述增容数据采集终端用于对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至所述动态增容服务器；所述监测数据包括导线数据信息和环境数据信息；

所述动态增容服务器用于根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量，并根据所述安全运行载流量判断所述输电线路是否可以增容；若是，则提取预设的增容信息对所述输电线路进行增容；及在对所述输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算得到所述输电线路的导线弧垂数据；以及将所述监测数据和导线弧垂数据发送至所述应用终端显示。

2.根据权利要求1所述的输电线路动态增容监测***，其特征在于，所述导线数据信息包括导线温度数据和导线拉力数据；所述增容数据采集终端包括：

温度检测装置，用于实时获取所述输电线路的导线温度数据并发送至所述动态增容服务器；

张力检测装置，用于实时获取所述输电线路的导线拉力数据并发送至所述动态增容服务器。

3.根据权利要求1所述的输电线路动态增容监测***，其特征在于，还包括GPRS通信服务器，所述增容数据采集终端通过所述GPRS通信服务器与所述动态增容服务器进行数据通信。

4.根据权利要求1所述的输电线路动态增容监测***，其特征在于，所述应用终端还用于接收所述动态增容服务器发送的所述增容信息并进行显示，以及接收增容运行信息并发送至所述动态增容服务器；

所述动态增容服务器在判断所述输电线路可以增容时，根据所述增容信息和增容运行信息对所述输电线路进行增容。

5.根据权利要求4所述的输电线路动态增容监测***，其特征在于，所述动态增容服务器还用于在对输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行时间和安全运行限额，并发送至所述应用终端显示。

6.一种输电线路动态增容监测***的增容监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

增容数据采集终端对输电线路进行实时监测，获取监测数据并发送至动态增容服务器；所述监测数据包括导线数据信息和环境数据信息；

所述动态增容服务器根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量；

所述动态增容服务器根据所述安全运行载流量判断所述输电线路是否可以增容；

若是，则提取预设的增容信息对所述输电线路进行增容；

所述动态增容服务器在对所述输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算得到所述输电线路的导线弧垂数据；

所述动态增容服务器将所述监测数据和导线弧垂数据发送至应用终端显示。

7.根据权利要求6所述的输电线路动态增容监测***的增容监测方法，其特征在于，所述动态增容服务器根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量的步骤，包括以下步骤：

获取所述输电线路的运行模式；所述运行模式包括稳态运行模式和暂态运行模式；

若所述输电线路处于稳态运行模式，则根据计算所述安全运行载流量；所述导线数据信息包括导线载流时温升、导线外径、导线表面辐射系数、导线吸热系数、交直流电阻比和直流电阻，所述环境数据信息包括风速、日照强度和环境温度；

其中，A＝πεSD[(θ+t_a+273)⁴-(t_a+273)⁴]，θ为导线载流时温升，V为风速，D为导线外径，ε为导线表面辐射系数，I_s为日照强度，S为常数，t_a为环境温度，α_s为导线吸热系数，K_t为导线温度为θ+t_a时的交直流电阻比，R_dt为导线温度为θ+t_a时的直流电阻；

若所述输电线路处于暂态运行模式，则根据或计算所述安全运行载流量；所述导线数据信息包括导线额定电流、导线施加短时负荷前的电流、导线预负荷系数、导线短时负荷运行时间、导线热时间常数、导线热容、导线外部热阻、导线体积热容系数、导线单位长度的体积、导线断续负荷周期和负荷接通率；

其中，x＝I₀/I_n，τ＝Q_c×T₄，Q_c＝c×v；I_t为短时负荷时的安全运行载流量，I_n为导线额定电流，I₀为导线施加短时负荷前的电流，x为导线预负荷系数，t为导线短时负荷运行时间，τ为导线热时间常数，Q_c为导线热容，T₄为导线外部热阻，c为导线体积热容系数，v为导线单位长度的体积；I_p为周期性断续负荷时的安全运行载流量，p为导线断续负荷周期，αP为负荷电流流通时间，α为负荷接通率。

8.根据权利要求6所述的输电线路动态增容监测***的增容监测方法，其特征在于，所述监测数据包括导线的热传递系数、导线温度、环境温度和导线电阻；所述动态增容服务器根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行载流量的步骤，包括以下步骤：

根据计算所述安全运行载流量；其中，I′为安全运行载流量，h₇₀(t)为导线温度为70摄氏度时的热传递系数；T_a为环境温度，Q_r为导线辐射散热损失，Q_s为太阳热增量，R₇₀为导线温度为70摄氏度时的电阻。

9.根据权利要求6所述的输电线路动态增容监测***的增容监测方法，其特征在于，当所述动态增容服务器根据所述安全运行载流量判断所述输电线路不可增容时，还包括所述动态增容服务器将所述监测数据和安全运行载流量发送至数据存储服务器进行存储的步骤。

10.根据权利要求6所述的输电线路动态增容监测***的增容监测方法，其特征在于，当所述动态增容服务器根据所述安全运行载流量判断所述输电线路可增容时，还包括以下步骤：

所述动态增容服务器在对输电线路进行增容时，根据所述监测数据计算所述输电线路的安全运行时间和安全运行限额，并发送至所述应用终端显示。