基于在线监测系统的输电线路覆冰数据统计与分析

输电线路覆冰在线监测系统可以实现对架空输电线路覆冰状况的实时在线监测。为此,基于输电线路覆冰在线监测系统的监测数据,统计得到了数据特征和覆冰数据聚集类型;发现测量终端普遍仅记录厚度>2mm的线路覆冰,且在覆冰期间无法测得风速及风向;有效覆冰数据主要以短期振荡、中短期维持、较长期维持以及完整发展过程4种方式聚集,其中具有明显增长和消融阶段的完整过程覆冰对线路威胁最大。此外,在风速和风向等微气象监测参量缺失的情况下,对长期低温高湿环境下的覆冰发展趋势进行了整体和局部的分析,发现单位时间覆冰增长质量基本满足均值为0、过峰度、正偏离的类正态分布,且覆冰增长阶段呈线性增长态势,一次函数模型拟合效果较指数模型更好。结果表明:只有持续时间较长的低温雨雪冰冻天气环境下形成的覆冰才可能对线路安全运行造成威胁;单位时间覆冰增长质量近似服从正态分布;覆冰稳定增长时期,覆冰质量序列与时间呈相关度很高的一次线性函数关系,可考虑建立简单的线性增长模型应用于线路覆冰预警。     

输电线路覆冰关键影响因素分析

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行,开展输电线路覆冰机理的研究对于提高覆冰区线路运行的可靠性具有重要意义。为此,首次提出了覆冰影响深度分析法,定义了公式和分析步骤,利用该方法分析了贵州电网220kV铜黎线现场覆冰的监测数据,确定了线路覆冰与微气象条件（环境温度、环境湿度、环境风速）和导线温度等因素之间的关系,并与灰关联分析法进行了对比研究。结果表明：覆冰最关键的影响因素为风速,其次为导线温度和环境温度,影响最小的为环境湿度。     

输电线路覆冰与导线温度和微气象参数关联分析

针对目前微气象参数等与覆冰的相关性分析不全面、不系统,无法确定主要影响因素的问题。统计了贵州电网输电线路覆冰在线监测系统于2008年冬末至2009年春末监测到的线路覆冰状况,指出线性相关分析定量结果与定性分析不符,提出了一种邓氏灰色关联度和灰色斜率关联度相结合的灰色综合关联分析方法,并确定了覆冰和各个参数(导线温度和环境温度、相对湿度、风速等微气象参数等)之间的关联度。结果表明:海拔高度对覆冰的严重程度和持续时间均有一定的影响;环境温度、导线温度、相对湿度和风速均与覆冰存在较大相关性,其中环境温度和导线温度与覆冰的相关性明显强于相对湿度和风速,即温度是影响覆冰的主要因素。     

输电线路覆冰问题综述

输电线路覆冰问题由来已久,但伴随着全球气候变暖,极端天气的频现,输电线路覆冰致灾问题愈发严重,给我国电网的安全及稳定运行带来了巨大挑战。针对输电线路覆冰类型、覆冰形成的机理以及微气象等因素对覆冰形成和其对线路安全的影响作了详细分析。在分析的基础上,对输电线路覆冰监测技术,覆冰预警技术,导线防冰涂层技术,机械除冰技术,交、直流融冰技术,被动除冰理论等进行了深入剖析。最后,阐述了应对输电线路覆冰的新技术、新措施、新成果、新趋势及亟待解决的问题。     

线路覆冰与局部气象因素的关系

气象参数对电力系统覆冰有着决定性的影响,由于缺乏现场有效监测数据,针对气象与覆冰之间关系的研究进展缓慢。笔者前期开发的输电线路覆冰在线监测系统可实现线路局部气象条件和线路覆冰状况的实时监测。基于现场监测数据笔者又进行了线路覆冰与局部气象因素之间关系的研究,结果表明:覆冰形成、自动脱落过程与气象条件之间关系密切,线路覆冰形成需要特定的环境条件;采用单一环境温度、湿度、风速等气象要素进行覆冰预测的可靠性差,尤其误报率过高,如采用风速进行预测误报率高达248%;采用多气象因素进行覆冰预测的准确率达到67%,误报率、漏报率分别为18%和39%;通过模糊理论进行气象因素与覆冰预测得到了理想的结果,预测准确率达到86%,误报率、漏报率仅为13%和3%。     

雪峰山自然环境试验站覆冰试验技术

人工模拟环境下的覆冰形态与自然环境下的实际情况存在一定差异,建立自然环境覆冰试验站并开展输电线路覆冰机理、冰闪特性、覆冰监测及预警技术、防冰除冰新技术等研究对保障电网安全具有重要作用。重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室建立了雪峰山自然覆冰试验站;通过在不同位置架设多基铁塔实现了导线、绝缘子等不同大气结构物的安装;采用试品与悬挂点之间安装拉力传感器并结合气象参数测量仪实现了对各种试品覆冰过程的监测;架设专用试验电源线并配置交、直流和冲击电源装置实现了输电线路绝缘子自然覆冰电气试验方法及覆冰闪络特性、输电线路融冰、脱冰、除冰技术等的研究。3 a多的运行证明雪峰山自然覆冰试验站具备开展输电线路覆冰试验的能力,自然环境气象参数不可控且无规律可循,大气结构物覆冰随时间增长而呈非线性关系,采用合理的措施能实现输电线路防冰、除冰。雪峰山自然覆冰试验站的建立为电力系统开展防冰减灾相关课题研究创造了良好的试验平台。     

全国输电线路覆冰情况调研及事故分析

通过对特高压输电线路的覆冰情况进行调研,收集相关气象资料以及对近年来全国输电线路发生的重大覆冰事故进行统计分析,发现覆冰多发生在华中和西南地区;主要集中在一月份;海拔高度、微地形、微气象对覆冰的影响较大。结合雨凇的分布区域对输电线路覆冰事故的特点及原因进行了总结,并对覆冰事故的类型进行了统计,结果表明：覆冰事故分布区域广、事故危害严重;输电线路覆冰事故大部分发生在雨凇气象条件下,且温度稍低于0℃;同一地区发生覆冰事故频繁;在各种覆冰事故类型中,绝缘子冰闪是发生最频繁的事故之一。最后提出了减少和防治线路覆冰事故的方法。     

环境参数对绝缘子表面覆冰增长的影响

覆冰严重威胁电力系统的安全运行,国内外对输电线路覆冰机理、增长过程和覆冰闪络特性开展了大量研究,但对绝缘子覆冰增长预测模型及相关试验研究甚少,因此开展了LXP-160玻璃绝缘子在不同覆冰环境参数下其表面覆冰增长的试验研究,分析了温度、水滴颗粒直径(MVD)、风速等对绝缘子表面覆冰增长的影响,得到了采用旋转监测导体覆冰厚度d1、绝缘子表面覆冰厚度d或绝缘子覆冰质量m来表征绝缘子的覆冰程度之间的等价性关系。结果表明:水滴颗粒直径、风速越大或温度越低,绝缘子表面覆冰增长越快,其冰棱越长且越粗;温度对绝缘子覆冰类型有影响,当风速小于0.5m/s、液态水质量浓度110g/m3,MVD为130μm,温度小于-8°C时,绝缘子表面覆冰类型为雨凇,温度为-11°C时,绝缘子表面覆冰类型为硬雾凇;d1、d和m之间关系为d=0.684d11.09和m=0.828lnd1-1.186。研究结果可为揭示绝缘子覆冰机理提供参考。     

基于灰关联分析微气象因素和导线温度对输电线路导线覆冰的影响

输电线路导线覆冰不仅与微气象务件有关,而且与导线温度有关.针对目前微气象因素与覆冰的相关性分析不全面、不系统,且部分研究没有考虑导线温度对覆冰的影响,无法确定输电线路导线覆冰的主要影响因素等问题,笔者统计了贵州电网220 kv铜黎线路和220 kV鸡阳二回线路覆冰监测数据,采用灰关联方法分析了输电线路导线覆冰与微气象条...     

不同直径下导线覆冰增长特性

为研究导线覆冰湿增长与覆冰参数之间的关系,确定导线覆冰厚度的增长特性,在人工气候室内,对不同直径导线进行了覆冰试验研究。通过控制覆冰试验条件,得到大量不同直径导线覆冰厚度增长的试验数据,对试验数据进行对比分析,得到导线覆冰增长特性,并采用MATLAB覆冰预测仿真程序进行验证。分析了温度、风速、时间等因素对不同直径导线覆冰增长特性的影响。试验结果表明:不同直径导线覆冰厚度初始时刻增长较快,随着时间延长覆冰厚度呈现饱和趋势,且导线初始直径越小,增长量越大;在湿增长情况下,导线覆冰厚度与温度成反比;通过纵向对比试验数据和模型仿真发现,风速存在临界值使得导线达到最大覆冰增长速度,并且温度越低,临界风速值越大;存在导线覆冰最大直径。     

输电导线覆冰与绝缘子串覆冰的关系分析

绝缘子串发生覆冰桥接闪络是影响架空输电线路安全运行的主要因素之一。根据不带电绝缘子串及同期导线覆冰的观测数据,分析了玻璃、陶瓷及复合绝缘子串的覆冰质量与导线覆冰质量的关系,研究了绝缘子串发生桥接与导线标准冰厚的关系。     

覆冰程度对复合绝缘子直流覆冰闪络特性的影响

覆冰下绝缘子电气性能将降低,国内外采用绝缘子覆冰质量(m)、旋转导体覆冰厚度(D)或绝缘子表面覆冰厚度(d)等表征绝缘子的覆冰程度。为了解覆冰程度对绝缘子冰闪电压的影响,开展了不同覆冰程度下500kV复合绝缘子短样直流冰闪特性的试验研究,分析了绝缘子覆冰质量、旋转导体覆冰厚度和绝缘子表面覆冰厚度对复合绝缘子冰闪电压的影响。结果表明:盐密为0.05mg/cm2且单支绝缘子覆冰质量为5.0kg时复合绝缘子直流冰闪梯度约为77kV/m;m、D或d均可表征绝缘子的覆冰程度,且具有等价性关系,即d=1.06D0.78和m=3.52lnD-5.37。研究结果可为覆冰地区输电线路外绝缘的选择和设计提供参考。     

利用旋转多圆柱导体覆冰质量预测湿增长过程覆冰参数

针对目前覆冰环境参数测量的难题,根据现有的一些覆冰模型,建立了新的覆冰预测模型,分析了水滴的两个参数(液态水含量(LWC)和中值体积直径(MVD))和风速对不同直径圆柱体覆冰质量和覆冰厚度的影响,根据上述三参数对不同直径圆柱体覆冰质量之间的特性关系,采用数学拟合逼近方法,利用MATLAB编制了基于旋转多圆柱形导体覆冰质量的三参数分析程序,在人工气候室里完成覆冰试验验证,并采用激光粒度仪和风速仪测试对比验证。结果表明,基于旋转多圆柱形导体对水滴参数和风速测量计算是可行的,提出的数学拟合逼近计算方法正确,编制的参数分析程序合理,收敛性比较好,可以在恶劣的覆冰环境下实现对水滴参数和风速的快速测量。     

持久性就地成型防污闪复合涂料对绝缘子覆冰及交流冰闪电压的影响

持久性就地成型防污闪复合涂料(permanent-room-temperature-vulcanized anti-contamination flashover composite coating,PRTV)具有优异的防污性能,但对绝缘子是否具有延缓覆冰和提高冰闪电压的作用国内外鲜有报道。根据人工气候室的试验结果,分析了PRTV涂料对绝缘子串覆冰及其冰闪电压的影响。结果表明：PRTV涂料在覆冰初期具有延缓覆冰的作用,但在严重覆冰过程中则没有明显效果;与未涂覆PRTV的绝缘子串相比,涂覆PRTV涂料的绝缘子串其冰闪电压约降低7%~15%;涂覆PRTV涂料后绝缘子串冰闪电压降低的主要原因是PRTV涂层的憎水性引起覆冰状态的改变,使得冰层内部形成高场强的"空腔",更易产生局部放电并烧伤涂层。     

导线结冰热传导分析及防结冰电流

本文研究导线结冰热传导过程,并在分析和计算各项热流的基础上描述导线结冰的热力学过程和推导热平衡公式。     

基于短期覆冰预测的电网覆冰灾害风险评估方法

冰雪灾害会严重影响电力系统的安全稳定运行。为准确评估覆冰情况下电网所面临的风险,提出了基于短期覆冰预测的电网覆冰灾害风险评估方法。该方法根据覆冰预测系统预测得到未来数天内的输电线路覆冰厚度,根据时变结构可靠性理论建立了输电线路时变失效率模型,建立了考虑融冰装置的输电线路修复时间模型与融冰装置使用间隔时间的模型;针对传统序贯蒙特卡洛法难以反映覆冰线路时变失效率的问题,提出一种可考虑时变失效率的序贯蒙特卡洛模拟法,并将其用于覆冰灾害下的风险评估。以IEEE RTS-79系统为研究对象,验证了所提模型与方法的有效性;分析了覆冰预测间隔时间和融冰装置数量对电网风险的影响,并给出了相关建议。     

冰害、冰闪和舞动的防治措施

2005年2月,我国中南地区出现了严重冰害,造成多条输电线路发生倒杆、断线等重大事故,原因:(1)受西伯利亚强冷空气和西南暖湿气流的影响,鄂西北地区、荆门、宜昌市、秭归县等地出现了持续0℃以下低气温。(2)覆冰资料匮乏,对覆冰微地形气象现象认识不足。建议位于易覆冰或易舞动区的线路,按重冰设计,以增强线路抗覆冰灾害的能力。     

覆冰绝缘子串泄漏电流与覆冰量及覆冰水电导率的关系

污秽与覆冰量是影响输电线路绝缘子冰闪电压的主要因素,因此有效预测污秽和覆冰量是防止发生冰闪事故的手段。本文通过人工气候室试验,模拟运行电压下覆冰量和覆冰水电导率对覆冰绝缘子泄漏电流的影响,提取了泄漏电流的三个特征量:泄漏电流脉冲幅值、谐波含量和电荷量,这三个特征量从不同角度描述了泄漏电流与覆冰量和覆冰水电导率的关系,并且得到了它们之间的回归方程式。基于泄漏电流特征量与覆冰量、覆冰水电导率的关系,提出覆冰绝缘子污冰预测神经网络模型,脉冲幅值、谐波含量和电荷量作为神经网络的输入量,污冰参数(ISP)作为神经网络的输出量。神经网络模型预测结果与试验测试结果对比分析可知,预测结果与试验结果的相对误差绝对值小于8.5%,因此本文提出的覆冰绝缘子污冰预测模型能够有效地对覆冰绝缘子ISP进行预测,为输电线路外绝缘的选择和设计提供参考依据,对于预防冰闪事故的发生有着重要的意义。     

中、轻冰区输电线路设计冰厚分析计算

中、轻冰区往往因缺乏覆冰资料,难以进行覆冰频率统计,给输电线路设计冰厚的合理取值带来困难。基于覆冰强度的概念,提出一种简单的覆冰重现期分析模型,试图解决历史覆冰重现期难以确定的问题。认为在同一气候区内相邻地区间冰厚随高程的变率是相近的,据此,导出安徽沿江江南地区设计冰厚的经验计算公式,并进行合理性检验。     

覆冰程度对瓷、玻璃和复合绝缘子交流冰闪特性的影响

污秽覆冰环境下绝缘子电气性能是输电线路外绝缘选择的基础。国内外在该领域开展了大量研究,然而关于覆冰程度对不同材质绝缘子交流闪络特性影响的对比研究较少。因此,在大型多功能人工气候室对瓷、玻璃和复合绝缘子进行交流覆冰闪络试验研究,对比分析覆冰程度对3种绝缘子交流冰闪特性的影响,并讨论覆冰程度不同表征方式之间的等价性关系。结果表明：3种绝缘子50%冰闪电压均随冰厚、覆冰质量和污秽的增加而下降;复合绝缘子受冰厚、覆冰质量的影响比瓷和玻璃绝缘子明显,其冰厚、覆冰质量影响特征指数略大于瓷和玻璃绝缘子;复合绝缘子污秽特征影响指数略小于瓷和玻璃绝缘子;绝缘子覆冰质量和监测导体冰厚均可表征绝缘子覆冰程度,且根据覆冰绝缘子串冰闪电压一致原则推导出两种表征覆冰程度参量的等价性关系。