摘要：在输电线路运行过程中线路覆冰是线路安全运行的重大隐患之一。本文针对输电线路覆冰观测工作中，存在观测数据精度低、观测风险大、耗费大量人力的现状出发，设计一种新的覆冰辅助测量装置。以激光沿直线传播为原理，结合AUTOCAD软件，设计出一种搭载于无人机上的测量装置，设计方案对激光头的型号进行了规定、并对测量原理进行了阐述，适用于35kV及以上输电线路覆冰观测，该方法与常见的人工观冰相比能够大幅提高工作效率，有效降低作业强度与作业成本，同时又可以为线路覆冰预警和研判提供数据支撑。
关键词：输电线路；数据精度；搭载于无人机；覆冰测量装置
1引言
随着电力的蓬勃发展，输电线路覆冰事故时有发生。我国自1954年记录了首例电网覆冰故障以来，覆冰积雪一直严重危害着电网的安全运行。最严重的电网覆冰事故发生在2008年，南方部分地区遭遇50年一遇的严重低温雨雪冰冻灾害，罕见的冰冻灾害，导致了湖南、贵州、江西、浙江、福建等12个省市的覆冰倒塔、断线事故，电网大面积停电、限电。据统计，当时供电量下降到受灾前的14%，全国1亿多人受到了影响，直接损失超过1000亿元[1]。输电线路覆冰观测主要有人工观冰和线路覆冰在线检测仪在线监测两种方式，但主要还是依赖于人工观冰。首先，在人工观冰过程中对于35kV及以上电压等级的输电线路杆塔，一般在15至40米高度不等，导线对地距离至少10米以上，高则达到30米，而导线覆冰厚度目前基本都是以毫米为单位进行测量、计算。一般寒潮来袭，起初导线的覆冰厚度也就不过几毫米。作为人工观冰，人站在地面上目测高度在10米以上的毫米级导线覆冰厚度，以现有观冰方式观测存在很大误差，核心依据观冰人员现场目测来确定导线的覆冰厚度，其精准度也自然取决于观冰人员的线路运行经验，误差在所难免，这也是人工观冰过程中一直存在且难以解决的问题。其次，人工观冰工作量大，速度慢，安全系数低，致使一旦输电线路严重覆冰便会影响居民日常生活、造成经济损失，使得冰害事故频发[2]。 由此可见，目前采用的观测方法都存在问题，线路运维单位迫切需要一种新的覆冰观测方法。
2线路覆冰危害
2.1过负载事故
线路覆冰过负载会导致：导地线从压接管内脱出，外层铝股全断或钢芯抽动，甚至断线；
悬垂线夹U形螺栓处断裂造成绝缘子掉串或耐张楔形线夹拉裂造成地线脱落；因弧垂增大，导致相对地、相与相之间距离减小造成闪络；因覆冰导地线断线，造成杆塔所受拉力不平衡，导致塔头折断甚至倒塔；引起基础下沉、倾斜或爆裂引起塔身倾斜或倒杆事故[3]。
2.2不均匀覆冰或不同期脱冰事故
相临档的不均匀覆冰或线路不同期脱冰会产生张力差、损坏金具、导线和绝缘子及使导线电气间隙减少，发生闪络，也有可能破坏塔杆[4]。
2.3覆冰导线舞动
导线或地线覆冰后，脱冰过程中会造成导线或地线舞动，从而造成金具损坏、导线断股、断线及杆塔倾斜或倒塔等现象。导地线脱冰舞动过程中，极易因档中的导线对地线、导线对铁塔、引流线对架空地线、导线相间的电气间隙缩小，从而造成线路跳闸
3覆冰辅助测量装置的设计
3.1设计理念
目前，导致数据精度低、作业强度大的主要原因是没有合适的设备及方法，所以，辅助测量装置的设计主要以提高数据精度为主，并且兼顾其便携性、高效率、装置重量等，同时要保证安装快速、方便、简单。
3.1.1功能定位
第一，精度高、范围广，测量误差±2mm，可测量35kV及以上输电线路覆冰厚度；
第二，体积小、重量小，保证能搭载于无人机上；
第三，适应性，可在低温环境中使用；
第四，可持续性，可以重复充电重复使用；
第五，安装快速、方便、简单；
3.1.2结构定位
由于要搭载于无人机上，则其与无人机之间的连接装置要有足够的机械强度兼顾较轻的质量，在安装的过程中需要足够简单方便，所有采用螺栓固定。
3.2图纸设计
根据设计原理，进行草图的绘制。
图1 覆冰辅助测量装置草图
图1所示激光辅助测量输电线路导线覆冰的装置，包括壳体1，三个等距固定设置于壳体1前端、用于发射等间距平行光速的激光发射管2，设置于壳体1上、与激光发射管2电连接的驱动电路3，以及与驱动电路3及激光发射管2电连接的锂电池4；所述锂电池4用于为激光发射管2及驱动电路3供电；所述壳体1上设置有安装定位孔5；使用时由驱动电路3控制激光发射管2的启闭。
3.2.1激光头选择
激光发射管2采用520nm、5mw的激光头，该激光头在大雾或复杂气象条件下具有良好的可视性和良好的节能性。所述激光发射管2嵌装于壳体1上，显然也可采用螺接或粘接等方式固定激光发射管2。三个激光发射管2发射的激光束的距离为1cm，在5m范围内激光光斑之间距离偏差为±1mm。
3.2.2测量原理
当输电线路导线覆冰时，把该装置通过安装定位孔5安装于现有的巡视无人机，当导线覆冰时通过无人机上搭载的高清摄像头采集到激光光斑在覆冰导线上的图片，然后把采集到的图片导入AUTOCAD软件，测量其中任一两个激光点在图片上的距离X(实际上两个激光点的距离为1cm），在测量图片上覆冰上边缘和下边缘的距离Z，最后可得到导线覆冰长距Y=Z/X。并可根据比例关系得到实际的导线覆冰厚度。
4结论
新装置及方法的使用与传统人工观冰法相比，能大大提高覆冰数据的精确度，同时无人机搭载观冰辅助测量装置方法，消除了人工观冰过程中的行车安全风险，避免了人工翻越地形比较复杂、自然环境比较恶劣的地区，操作简单、可靠性高，大大降低了员工的工作强度，提高了员工工作积极性；使用该方法以后大大提高了覆冰观测数据的精度；并为覆冰研判提供高精度的数据支撑，并最终实现电网的安全稳定运行。
参考文献
[1]李禾.冰雪来了 电网融冰“黑科技”再升级[N].科技日报，2108-12-20（6）.
[2]张琨.输电线路除冰机器人的设计与制作[D].重庆：重庆大学，2014.
[3]徐胜.浅谈覆冰线路结构负载变化及事故类型[J].北京电力高等专科学校学报，2010，（09）：32-32.
[4]何宇虹.大跨径索桥覆冰型式及气动力特性研究[D].西安：长安大学，2015.
作者简介
陆骁，男，助理工程师，大学本科学历，现就职于云南电网公司曲靖供电局，邮箱:1438942686@qq.com.
吕文江，男，线路班班长，大专学历，现就职于云南电网公司曲靖供电局，邮箱：3188212790@qq.com.
浦仕耿，男，助理工程师，大学本科学历，现就职于云南电网公司曲靖供电局宣，邮箱:294356447@qq.com.
方宇，男，助理工程师，大学本科学历，现就职于云南电网公司曲靖供电局，邮箱：591979676@qq.com.
论文作者:陆骁,吕文江,浦仕耿,方宇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
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