摘要：架空输电线路覆冰导致的灾害一直侵蚀着我国电力网络系统。而随着特高压远距离输电线路的不断建设与发展以及国家发展战略—“西电东送”的落实与完善，架空输电线路分布的区域越来越广泛，其输电走廊穿越的许多区域往往具有地形复杂，环境恶劣的特点，在严冬及初春季节易遭受冰雪灾害的影响—输电导线覆冰，这将增大线路的机械载荷，并引发导线舞动、断线倒塔以及绝缘子冰闪等现象，进而发展成大范围跳闸停电事故，使国家和人民遭受巨大经济损失。因此，输电线路的覆冰状态在线监测的研究工作是我国电网实现跨越性建设和发展急需解决的课题，具有至关重要的意义和研究价值。
关键词：架空输电线路；导线覆冰；在线监测系统
1架空输电线路导线覆冰的形成
通常情况下导线表面产生覆冰的基本物理过程可以描述为:在冬季或早春时节，当温度降低到-5－0 ，风速处于3-15m/s时，若有雾或者毛毛细雨出现，将在导线表面上凝结形成雨淞，如果温度突然上升，雨淞就将会初步融化，若遇到天气持续转晴，初步形成的覆冰就将进一步融化并消失；如果遭遇天气陡然性地变冷，空气温度降低，雨雪纷飞，飘雪和冻雨就会粘在刚刚形成地雨淞表面上快速增长，形成较厚冰层，若气温继续下降到-15－-18 ，原来的冰层上将有雾淞出现并累积。这个过程将导致在电线表面形成雨淞一雾淞的不断累积。在这个过程中，如果天气反复发生变化，冰融化将加剧冰的密度。这种反复变化的天气条件将导致雨淞和雾淞地交替重叠产生并累积，最终形成混合淞。导线表面积覆的冰一般情况下不是均匀的，形状并不是理想的圆形，其形状主要有椭圆形、D形以及松针状等。覆冰起初是在输电导线的迎风面上出现生长，如果风向不发生很大改变，导线迎风面上的覆冰将会进一步得到增加，愈来越厚;当此面上的冰层厚度累积到达了一定值，它的质量满足导线发生扭转的条件，这时导线上的主要覆冰面将发生变化，覆冰在此面上形成并增加，这样就会最终在输电线表面上形成近似圆形或椭圆形的覆冰，一般来说直径较小的导线其表面上的覆冰近似呈圆形状，而对于直径值较大的导线，其表面覆冰形状大多呈椭圆形;如果导线不发生扭转现象，则表面上的覆冰近似呈D形状。
2架空输电线路导线覆冰在线监测系统的应用
由于近几年我国频繁遭受冰雪灾害，加之特高压、超高压远距离输电线路的大规模建设与发展，覆冰状态在线监测与预警技术受到极大重视，迫切需要成熟稳定的覆冰在线监测系统。
2.1视频监测法
视频监测技术作为一种先进的技术手段，其主要的内容便是将视频拍摄装置安装在电线塔杆上，并对导线进行拍摄。若存在导线覆冰的问题，可以直接通过视频拍摄的技术手段，将其数据传输到信息管理平台当中，通过数学工具以及数据手段，将视频监测技术到的覆冰数据进行详细的测算。视频监测技术主要的技术内容，便是通过摄影机信息采集的手段，合理的采集覆冰图像、把控覆冰厚度，并且通过分组无线电业务手段，将数据信息发送到输电线路导线覆冰控制处理中心，结合实际情况开展相应的问题处理。在线监测输电线路覆冰厚度原理，提出了一种最为新颖的输电线路导线与绝缘子覆冰厚度的检测方法，其主要的内容便是利用安装在高压铁塔上所安装的摄影机和图像采集卡的手段，来获取导线和绝缘子覆盖图像，并且针对图像进行实时处理，并合理的提取便捷轮廓，以便于科学合理的测量导线与绝缘子上冰层厚度。作为一种先进技术手段，视频监测技术具有直观性、操作简单性。但是若遇到覆冰导致的摄像头遮挡的现象，那么视频监测技术开展也会较为困难。
2.2称重法
称重法是指将在杆塔横臂与绝缘子串之间安装电子式称重传感器，并利用对绝缘子倾角和拉力的测量值计算出导线覆冰状况。学者黄新波等人对运用称重法测量导线覆冰情况开展了大量研究工作，提出了有关系统构成、通信方法等方面的建设性方案，该系统目前己广泛应用在南方电网公司。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆图1为基于电子式称重传感器的导线覆冰监测系统的结构图，此系统首先利用微型气象站采集来的环境温湿度、风速风向、雨量等微气象数据，然后通过称重传感器和倾角传感器分别测量覆冰引起的导线重力变化、绝缘子的倾斜角等参数，最后通过CDMA/GSM网络将上述测量参数值传送到监测中心，由其中的专家软件判定输电线路的具体覆冰情况。整套系统由太阳能电池板提供所需能量。
2.3导线倾角法
这种方法又被分成倾角一弧垂法和水平张力一倾角法。其中，倾角一弧垂法是指在导线线夹附近安装传感器，采集导线弧垂、倾角等数据，再将线路自身参数和实际的气象参数输入至己建立的输电线路状态方程和专家分析软件，最终计算得到等值冰厚。此方法原理简单，但不足之处在于实施起来具有很大难度，且输电导线的弧垂和倾角受多种因素所影响，造成的误差很大。对于水平张力一倾角法，其利用拉力传感器测量采集到绝缘子串轴向张力和悬挂点处倾角等参数，并结合相关状态方程得出覆冰质量。这种方法结构比较简单，但误差较大。
2.4超声波监测技术
基于超声波测厚的覆冰状态在线监测与预警系统主要由气象参数监测模块，覆冰厚度监测模块，电源模块以及变电站控制中心所组成。气象参数监测模块包括温湿度，风速风向和雨量等传感器，气象参数采集单元以及监测挪，参数采集单元分别与各传感器及监测分机所连接;覆冰厚度监测模块主要包括视频监测单元，唤醒控制单元，超声波测量单元以及覆冰厚度计算模型单元。唤醒控制单元分别与视频监测单元及超声波测量单元连接，测量单元得到的数据交由覆冰厚度计算模型处理，得到所监测的输电线路覆冰等值均匀厚度，最终上传给变电站控制中心，等候其发出指令。电源模块由太阳能和蓄电池组成，为各个模块供能。超声波测量覆冰厚度可以在较恶劣的环境下进行作业，为了所测得的参数值更加理想准确，可通过在输电导线不同档距下多点测量，得到不同的覆冰厚度，从而为电网安全运行及除冰工作提供更加准确有效的依据。
2.5光纤传感技术
光纤因为具有抗电磁干扰能力强等优点，常被用于光纤传感领域。光纤传感技术分为分布式光纤传感技术和准分布式传感技术两种。分布式光纤传感技术根据散射效应不同分为:瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射。但在实际覆冰线监测的应用中，瑞丽散射存在对温度、应力的变化不敏感等问题;拉曼散射的信号弱，无法满足对长距离输电线路的监测。光纤的分布式传感技术在线路的监测中存在着很大的问题。准分布式传感技术的代表是光纤光栅传感技术。目前光纤光栅有两种类型，均匀性和非均匀性的光纤光栅。均匀性的光纤光栅包括:光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、倾斜光纤光栅;非均匀性的光纤光栅包括线性惆啾光纤光栅、分段惆啾光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤光栅以及Tapered光纤光栅。经各种研究表明，光纤光栅传感技术对温度和应力的检测己相当成熟，除此之外，还可应用于覆冰、舞动、振动、风偏、弧垂等输电线路可能面临情况的检测，是目前非常有前景的输电线路传感技术。
3结束语
总而言之，电力系统的安全性以及稳定性需要通过高效完善的检测技术来进行支撑。在实际开展在线监测工作时，应该有效结输电线路的实际情况，科学合理的分析出不同在线监测手段的优缺点和应用效率，确保全面认知架空输电线路导线覆冰线路监测的实效性，促进我国当前电路信息运行的安全。
参考文献
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论文作者:张俊士
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
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