CN202630939U - 一种输电线路覆冰实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路覆冰实时监测装置，包括绝缘子串拉力测量装置、绝缘子串偏移角测量装置、超声波风速测量装置，绝缘子串拉力测量装置安装在绝缘子串上端与横担之间，绝缘子串偏移角测量装置安装在悬垂绝缘子串上端的线夹上，超声波风速测量装置安装在杆塔上，最终将实时监测到的数据发往监控***主机，能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，为实现线路覆冰实时监测和计算提供了基本数据，可实现对线路覆冰形成、发展、恶化的全过程实时监测。

Description

一种输电线路覆冰实时监测装置

技术领域

本实用新型涉及输电线路导线的监测领域，尤其涉及架空输电线路导线覆冰实时监测装置。

背景技术

2008年1月我国遭受了历史上少见的雨雪冰冻天气的灾害，电力设施受到了严重损坏。气象部门确认，本次南方区域的冰灾为50年一遇，局部80年一遇。南方电网公司所属除海南外，其它四省都遭受了严重冰灾，累计造成全网35kV及以上变电站859座停运，110kV及以上共有395条线路受损，其中500kV有37条，220kV有138条，110kV有220条，共损毁杆塔2686基，其中倒塔1605基，部分损坏1081基。电网受损范围之大、数量之多、后果之严重实属罕见。

这次冰灾导致大量输电线路发生闪络、舞动、断线、倒塔、停电，说明了电力***抗击严惩冰雪灾害的能力还很差，必需从各方面努力进行改善。提高一次***的设计标准无疑能增强抗击冰雪灾害的能力，但有研究认为，按照覆冰厚度20mm～30mm来设计500kV线路，其造价将是当前的1.8倍～2.6倍，显然，不可能单靠提高一次***的设计标准来抵御60mm～80mm的覆冰，而必须同时提升二次***的技术水平，提高电力***对极端灾害(包括气象、地质、恐怖活动)的抗打击能力。所以必需建立起可靠的信息采集和监测***，才能为电力***优化预防控制提供决策，确保***的安全稳定运行。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供架空输电线路导线覆冰实时监测装置，能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，为实现线路覆冰实时监测和计算提供了基本数据。

本实用新型是通过以下技术方案达到上述目的：

输电线路覆冰实时监测装置，包括绝缘子串拉力测量装置、绝缘子串偏移角测量装置、超声波风速测量装置；所述的绝缘子串拉力测量装置安装在绝缘子串上端与横担之间，所述的绝缘子串偏移角测量装置安装在悬垂绝缘子串上端的线夹上，所述的超声波风速测量装置安装在杆塔上；所述的绝缘子串拉力测量装置内装拉力传感器，通过电压放大、AD采样、MCU处理和数据存储后，通过RS485总线将信息发往监控***主机；所述的绝缘子串偏移角测量装置采用双轴角度传感器，包括倾角传感器、低通滤波器、带高精度AD转换单片机、RS232接口、电源；倾角传感器分别与带高精度AD转换单片机、低通滤波器连接；低通滤波器与带高精度AD转换单片机连接；带高精度AD转换单片机将信号进行转换后，通过RS232接口进行信息的交互，最终将信息发往监控***主机；电源用于提供绝缘子串偏移角测量装置的电压与电源；所述的超声波风速测量装置通过4个探头，测量垂直方向与水平方向上的风速风向信息，最终将信息发往监控***主机。

作为优选，所述的绝缘子串拉力测量装置内装拉力传感器中安装防雷保护装置。

作为优选，超声波风速测量装置的4个探头按照90°方向放置。

本实用新型的有益效果：

输电线路导线覆冰实时监测是一项复杂的课题，本实用新型采用专门安装在杆塔悬垂串上的绝缘子串拉力测量装置和绝缘子串偏移角测量装置来测量该杆塔垂直档距上的导线重量，当导线覆冰以后重量会发生较大变化，根据覆冰前后的导线重量变化可以计算出导线覆冰厚度。采用本实用新型的方法的效果在于不仅可以测量导线的覆冰厚度，而且可以测量出杆塔的垂直荷载，并且测量合理、正确，算法简单，结果精确，能适用于线路覆冰的测量和计算，这样就可以在覆冰厚度未超出导线或杆塔能承受的能力时，及早采取措施，避免因线路覆冰造成的跳闸、断线、倒塔等事故，给国民经济和工农业、人民生活用电带来重大损失，方便准确地实现了对架空输电线路覆冰导线的监测，满足电力部门预警、监测的要求。

本实用新型提供的架空输电线路绝缘子串拉力测量装置和绝缘子串偏移角测量装置，能实时测量线路绝缘子串上所受拉力，配合绝缘子串沿导线方向由不均匀拉力造成的偏移角，可测量该杆塔垂直档距上的导线重量，从而计算出导线覆冰厚度和杆塔的垂直荷载。

本实用新型提供的超声波风速测量装置能正确测量风雪冰冻条件下的风速和风向，为及时判断是否出现输电线路导线覆冰的必要气象条件提供可靠依据。

本实用新型提供的监测***采用多项新技术，能在高压电场和高低温等恶劣天气环境下可靠工作，为实现线路覆冰实时监测和计算提供了基本数据，可实现对线路覆冰形成、发展、恶化的全过程实时监测，是国内功能比较完整、实用、有效的覆冰实时监测***。

附图说明

图1是整体示意图

图2是拉力测量装置和偏移角测量装置安装在线路上

图3是单塔拉力法测量模型

图4是拉力测量装置外型

图5是拉力传感器原理框图

图6是角度传感器外型

图7是倾角传感器原理图

图8是超声波风速、风向测量方法

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：

如图1～8所示，输电线路覆冰实时监测装置，包括绝缘子串拉力测量装置、绝缘子串偏移角测量装置、超声波风速测量装置；所述的绝缘子串拉力测量装置安装在绝缘子串上端与横担之间，所述的绝缘子串偏移角测量装置安装在悬垂绝缘子串上端的线夹上，所述的超声波风速测量装置安装在杆塔上；所述的绝缘子串拉力测量装置内装拉力传感器，通过电压放大、AD采样、MCU、存储后，通过RS485总线将信息发往监控***主机；所述的绝缘子串偏移角测量装置采用双轴角度传感器，包括倾角传感器、低通滤波器、带高精度AD转换单片机、RS232接口、电源；倾角传感器分别与带高精度AD转换单片机、低通滤波器连接；低通滤波器与带高精度AD转换单片机连接；带高精度AD转换单片机将信号进行转换后，通过RS232接口进行信息的交互，最终将信息发往监控***主机；电源用于提供绝缘子串偏移角测量装置的电压与电源；所述的超声波风速测量装置通过4个探头，测量垂直方向与水平方向上的风速风向信息，最终将信息发往监控***主机。

输电线路覆冰实时监测方法，测试步骤如下：1)将超声波风速测量装置安装在线路导线的悬垂绝缘子串上端与横担之间，用于测量风雪冰冻条件下的风速和风向；2)将一组绝缘子串拉力测量装置安装在线路导线的悬垂绝缘子串上端与横担之间，用于测量绝缘子串上的张力Ts；3)绝缘子串偏移角测量装置安装在线路导线的悬垂绝缘子串上端与横担之间，用于测量绝缘子串偏移角V；

如某500kV线路#67-#68-#69档，#67塔导线高度为478.4m、#68为496.6m、#69为534.6m，#67-#68档距为675m、高差18.2m，#68-#69档距为360m、高差-38.0m，导线型号为4×LGJ-400/35，绝缘子串型号为双串27×LXHY3-210。

安装时的水平张力为23260N。中相为V串，与水平线夹角为44.14°，每串顶端装有拉力传感器。

查参数表可知：LGJ-400/35导线外径为26.82mm、计算面积425.24mm²、导线单位长度质量为1.349kg/m、线膨胀系数为20.5×10^-6/℃。LXHY3-210绝缘子每片质量为9.2kg。

4)根据已知参数第计算#68杆塔的垂直档距lv为：

$l_v=\frac{l_i+l_{i+1}}{2}+\frac{H}{w}(\frac{h_i}{l_i}+\frac{h_{i+1}}{l_{i+1}})$

$=\frac{675+360}{2}+\frac{23260}{1.349\×9.8}(\frac{18.2}{675}-\frac{38}{360})=378.52m$

5)根据绝缘子串拉力测量装置实测的#68杆塔上绝缘子串上的张力Ts、中相V型绝缘子串与水平线夹角θ、根据测量拉力折算为悬垂串时的拉力分别为，

常温时：

T_s0＝4243×sin44.14°×9.8＝28957.82N

覆冰时：

T_sn＝4907×sin44.14°×9.8＝33489.54N

6)根据V型绝缘子串折算为悬垂串时的重力G_J：

G_J＝kmg×sinθ＝2×27×9.2×9.8×sin 44.14°＝3382.08N

式中k为绝缘子串的个数；m为绝缘子传每片质量，单位为kg；g为重力加速度，取值为9.8m/s²

7)根据式(1)(2)(3)计算覆冰温度下导线的综合荷载w_n为

8)根据已知公式计算导线覆冰厚度b_i为

$b_i=\sqrt{{\left(\frac{D}{2}\right)}^2+\frac{(P_3-P_1){\×10}^6}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ρ}}_i}}-\frac{D}{2}=\frac{-D+\sqrt{D^2+\frac{4(w_n-w_0)\×{10}^6}{\mathrm{g\π}{\mathrm{\ρ}}_i}}}{2}$

$=\frac{-26.82+\sqrt{{26.82}^2+\frac{4(19.62-13.23)\×{10}^6}{9.8\×3.14\×900}}}{2}$

$=6.85\mathrm{mm}$

式中D为导线直径；P₃为导线每米覆冰后总质量(kg/m)；P₁为无冰时导线每米自重(kg/m)；ρ_i为覆冰密度，设计采用900kg/m³。

因此该500kV线路每相四***导线上每根导线的覆冰厚度为6.85mm。

实测数据：

2009年11月14日12:30时环境温度为5.3℃，风力0.2m/s，#68塔中相V型绝缘子串上测得二串拉力和为4243kg，绝缘子串偏移角V_i＝9.07°。

2009年11月19日9:30时导线覆冰时环境温度为-0.6℃，风力0.5m/s，#68塔中相V型绝缘子串上测得二串拉力和为4907kg，绝缘子串偏移角V_i＝9.33°。

分析计算：

常温下和覆冰温度下绝缘子串偏移角基本相等，风力造成偏差不大可正确计算。

以上的所述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本实用新型的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种输电线路覆冰实时监测装置，其特征在于包括绝缘子串拉力测量装置、绝缘子串偏移角测量装置、超声波风速测量装置；所述的绝缘子串拉力测量装置安装在绝缘子串上端与横担之间，所述的绝缘子串偏移角测量装置安装在悬垂绝缘子串上端的线夹上，所述的超声波风速测量装置安装在杆塔上；所述的绝缘子串拉力测量装置内装拉力传感器，通过电压放大、AD采样、MCU处理和数据存储后，通过RS485总线将信息发往监控***主机；所述的绝缘子串偏移角测量装置采用双轴角度传感器，包括倾角传感器、低通滤波器、带高精度AD转换单片机、RS232接口、电源，倾角传感器分别与带高精度AD转换单片机、低通滤波器连接，低通滤波器与带高精度AD转换单片机连接，带高精度AD转换单片机将信号进行转换后，通过RS232接口进行信息的交互，最终将信息发往监控***主机，电源用于提供绝缘子串偏移角测量装置的电压与电源；所述的超声波风速测量装置通过4个探头，测量垂直方向与水平方向上的风速风向信息，最终将信息发往监控***主机。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰实时监测装置，其特征在于，所述的绝缘子串拉力测量装置内装拉力传感器中安装防雷保护装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种输电线路覆冰实时监测装置，其特征在于，超声波风速测量装置的4个探头按照90°方向放置。

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