摘要：如今输电线路覆冰严重危害我国电力系统的安全稳定运行，如果不及时采取措施会引起绝缘子闪络、导线舞动、倒塔和电力通信中断等事故。覆冰在线监测系统通过对区域范围内的气象状况等信息的实时采集来判断线路覆冰状况，做好第一时间的防护与检修工作，同时大数据处理方法能很好的解决目前数据分析的瓶颈，为覆冰期开辟新的视角。
关键词：输电线路覆冰；电力安全稳定；大数据处理
1输电线路覆冰监测系统研究现状
我国在输电线路覆冰开始观测和研究领域起步比较晚，南网和国网系统相比起来相似点居多，例如均采用两级主站结构；使用了称重法和视频图像法相结合的覆冰监测技术；通过采集覆冰终端的信息，由GPRS/CDMA等无线网络的形式把数据传送到二级主站，再由二级主站传送到一级主站上进行显示。但南网系统优于国网的地方在于南网采用的是统一的自主研发计算模型，而国网的计算模型来自于各个厂家，从而不同计算模型的计算覆冰厚度不易比对，不利于信息统一化的管理与维护。南方电网覆冰监测系统由监测终端、通信网络和主站三层构成。监测终端在投运之前需要例行的入网检测，完成之后对终端装置进行考核评分，按考核评分分数择优选择终端装置产品。入网检测合格、安放在线路的每套终端配置一张通信卡，以GPRS/CDMA相结合的通信方式与主站建立联系。南方电网覆冰监测系统有一套属于自己的通信规约，用数据帧的模式将终端设备号、控制类型码、数据域等信息传给主站。主站系统接收终端上传的导地线拉力、绝缘子串偏角、图像和微气象数据，将数据按照一定的规约存储起来，再根据历史数据和当前数据，采用图或表的形式，对反映输电设备或其周边环境状况的监测参数做数据展现。主站对各类监测量设有报警阈值，当终端采集到的监测量超过该值时则报警服务触发报警。
2输电线路覆冰监测模型研究现状
2.1基于拉力传感器的覆冰模型
分为基于称重法计算模型、基于水平张力—倾角计算模型和基于倾角—弧垂计算模型。称重法覆冰载荷模型，是基于悬挂点等高的架空线。拉力传感器安装在主杆塔顶上，风载荷可以通过风速传感器、导线直径和风向夹角求出，再通过主杆塔上竖向载荷差值求出覆冰载荷，从而求出覆冰厚度，整个过程中将覆冰形状当做圆形覆冰处理。又提出悬挂点不等高的模型，该模型在算法上依据输电线路状态方程。称重法力学模型较为简单，在轻覆冰情况下大体能够满足要求，但是在输电线路重覆冰，特别是不均匀覆冰和不均匀脱冰情况下，此种算法精度较低。水平张力—倾角模型，拉力传感器测量耐张段绝缘子串轴向张力，角度传感器测量悬挂点倾角数据，通过求出导线的综合比载，可以进而求得覆冰比载，根据公式算出覆冰厚度。该模型在算法上也是依据输电线路状态方程。由于此模型是针对耐张塔，而耐张塔上安装拉力传感器会给结构和安全问题带来隐患，因此应用范围有限。根据导线倾角变化监测弧垂的模型，它将采集到的导线倾角等参数，结合输电线路的状态方程、线路参数、气象环境参数，应用专家分析系统分析导线的覆冰厚度。由于输电线路的弧垂和倾角受到多种因素的影响，特别是500kV及以上等级输电线路，导线的刚度较大，视作柔索将导致较大的误差。
2.2基于光纤光栅传感器的覆冰模型：利用光纤光栅传感器测量导线应变、倾角以及导线温度，然后依据覆冰线路力学计算公式计算导线应力、导线弧垂以及覆冰量。与上述的电测量传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰小、使用年限长、传输距离远等优点。
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2.3基于其他在线监测方法的覆冰模型：有基于模拟导线法的覆冰模型，通常在架空线路附近建立观测站或观冰站，架设与导线相同型号和材质的模拟导线，通过测量模拟导线的覆冰厚度来估计导线的覆冰厚度。基于覆冰速率计法的覆冰模型，在架空线路附近安装探头，探头覆冰其频率会发生改变，可依据频率的变化规律间接估计覆冰速率。利用故障行波定位的覆冰模型，波定位系统精确地记录行波到达线路两个端点的时间，通过输电线路在正常运行与线路覆冰期间的行波时间差以及架空线路状态方程来计算线路的比载，利用比载和冰厚的计算关系式求得覆冰情况下线路的平均覆冰厚度。利用电容传感器的覆冰模型，无冰和覆冰过程中因电解质发生变化会引起电容很大变化的原理，使电容测量值反映导线覆冰厚度等。
3覆冰监测维护管理与大数据时代
输电线路覆冰过程是一个高维的非线性时间序列过程，具有动态性、不确定性、非线性等特征。如果要提前知晓覆冰的发展趋势，实现架空线路覆冰的预警，就需要建立覆冰预测模型。现阶段，覆冰预测模型总体分为三类：机理模型、统计学模型和智能计算模型。它们都是根据监测点的气象信息预测结果的。机理模型是根据覆冰形成机理和各种气象数据来预测输电线的覆冰厚度。统计学模型是通过统计学的原理，在大量数据的背景下找到映射关系并推出合适的覆冰解析模型。智能计算模型在覆冰模型上的应用是近几年来的研究热点，它的本质就是建立在线监测数据与覆冰预测模型之间的I/O映射关系。机理模型和统计学模型就是建立解析模型，但是在实际的工程应用中，解析模型不易建立并且一个解析模型无法适应不同气候条件和地理特征的覆冰线路。而另一方面，现有输电线路覆冰监测系统在运行过程中积累了大量数据，例如温度、风速、风向、雨量、气压、绝缘子拉力、绝缘子倾斜角、风偏等信息，而单纯运用微气象数据和覆冰预测模型的I/O映射关系显然不够精准，所以智能计算模型也不适合新时代数据成倍增长的发展趋势了。于是，将覆冰在线监测与大数据的结合将是一个新的里程，大数据不需要给出一个精确的数学模型，它打破传统绝缘状态监测、故障预测观念。大数据不再只是定格于“随机采样”，而是以“全体数据”为研究对象；不再热衷于寻找“因果关系”，而是寻找不同事物间的“相关关系”；不再对原始数据加入人工干涉，而是对一堆数据进行深度挖掘，将数据多维度地展示出来。通过大数据分析可以从输电线路自然覆冰时找到导线覆冰状态和绝缘子覆冰状态的相关关系，研究地理信息与覆冰状态的相关关系，研究综合覆冰应力、图像、微气象等评估覆冰状态的方法等。同时，从监测终端的生产厂家信息、监测终端的运行年份信息以及终端的寿命、检修次数、掉线次数及周围环境数据，我们可能得出不同厂家不同设备的损坏速率与程度，不同厂家的设备更适合哪种自然条件。覆冰过程是否会受到天体活动的影响，是否会和当地人的生活习惯、当地的支撑产业种类有关系等等。
4结束语
对于输电线路覆冰预警，我们现阶段考虑的影响因素过于定格，如果能打破传统观念，考虑更多影响因素，也许会有质的突破。将大数据与输电线路覆冰相结合是未来研究的主流方向，也许在不远的将来传统输电线路绝缘状态监测、故障预测观念将被注入新鲜血液。
参考文献：
[1]基于三维重建的输电线路覆冰在线监测方法[J].杨浩，吴畏.电力系统自动化.2012（23）
[2]李鹏．输电线覆冰预测与融冰决策方法研究综述［C］．北京：第三十一届中国控制会议论文集D卷，2012
作者简介：
吉广熙（1970.10-），男，辽宁省建昌县人，沈阳电力学校电力系统及自动化专业，工程师，单位：国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向：电力系统及自动化，邮编：125001.
论文作者:吉广熙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：模型论文; 线路论文; 导线论文; 数据论文; 终端论文; 倾角论文; 传感器论文; 《电力设备》2017年第8期论文;