基于激光点云的高压输电线覆冰厚度反演

高压输电线覆冰是电网安全运行管理维护部门关注的重点致灾因子之一,其中覆冰厚度是输电线路风险评估、除冰策略等研究的关键指标。针对现有覆冰厚度提取精度不高、效率低等不足,提出了一种基于激光点云的高压输电线覆冰厚度反演方法,即模型-应力-冰厚法。首先从两期激光点云中精细提取输电线三维空间模型,结合导线参数提取空载输电线水平应力。然后根据状态方程,计算覆冰输电线水平应力。最后综合覆冰输电线三维空间模型和水平应力,计算其综合比载,最终实现覆冰平均厚度快速反演。实验结果表明:该方法能快速实现输电线覆冰厚度反演,覆冰厚度反演误差最大值为0.30 mm,相对误差为6.58%。该研究对高压输电线路覆冰风险监测与评估具有重要的应用价值。     

架空输电线路覆冰在线监测系统的开发与应用

针对现有输电线路覆冰监测手段存在的不足,开发了1种新型输电线路覆冰在线监测系统。该系统由高电位在线监测装置、低电位在线监测装置、自动气象站、传输网络及主站系统等组成,通过实时采集环境微气象数据、导线特征数据及线路走廊图像数据,计算出导线等值覆冰厚度;结合覆冰图像信息及现场微气象数据,实现对线路覆冰情况的预警。通过在某500 kV输电线路上实际应用,证明了该系统对输电线路覆冰监测预警的有效性。     

考虑融冰因素的输电线路覆冰故障概率计算

根据导线覆冰表面热平衡方程分析内外部融冰因素对导线冰载荷的影响,计及地形对冰载荷的影响以及覆冰引起导线等效半径增大对风载荷的影响,通过气象实测的降雨量、风速、风向、温度等信息以及电网运行信息、当前监测覆冰厚度等信息建立输电线覆冰厚度增长预测模型。从输电线路覆冰过载机理出发,构建覆冰故障概率计算框架,从力学角度分析覆冰厚度及风速对输电线路的共同作用,采用反映金属承载极限特性的指数模型计算输电线路故障概率。以实际线路为例验证了该模型计算得到的线路覆冰故障概率变化趋势与实际故障情况相符,能够充分验证覆冰故障率与实际天气的相关性。     

北斗覆冰在线监测项目现状及主站系统建设实施方案

针对输电线路的覆冰问题,从覆冰在线监测原理和项目现状、北斗覆冰在线监测总体方案和功能模块、项目实施方案、主站系统建设等方面进行研究,结果表明该系统能对线路覆冰情况进行实时、精确监测反馈,提高供电安全性、可靠性。     

输电线路覆冰在线监测动态预警模型

为提高输电线路覆冰预警能力,在全面分析国内外覆冰监测、预警模型的基础上,提出了应用层次分析法(AHP)提炼影响输电线路覆冰的关键风险因子。通过线路现场运行维护数据分析,提出以温度、湿度、风速、风向为关键风险影响因子。根据对关键因子机理及成灾条件分析,构建了输电线路覆冰在线监测实时预警及趋势预警双动态预警模型,并对模型关键技术进行了深入研究分析。线路实际案例研究证明,该预警机制能够实现覆冰的动态实时监测,跟踪线路覆冰变化趋势,反映输电线路现场覆冰所处预警级别,方便用户了解线路覆冰信息,为输电线路覆冰预警提供了良好的基础,能有效提升线路运行维护管理水平。     

耐张塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在不均匀覆冰下有效性分析

受山区地形影响,输电线路可能存在大高差、大档差等特殊工况。为了分析输电线路覆冰在线监测系统中,耐张塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在一些特殊工况下的准确性,采用有限元法建立多档距输电线路仿真模型,研究大档差大高差、大档差无高差、非大档差大高差以及非大档差无高差等工况下的输电线路等值覆冰厚度计算结果的准确性。对于大档差工况,当输电线路前后档距电线覆冰不均匀程度较小时,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差较小;反之,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差较大(如当小档距侧输电线覆冰厚度为30 mm,大档距侧输电线覆冰厚度为10 mm,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差大于40%);对于非大档差工况,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差在30%以内,对于非大档差无高差输电线路,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差在20%以内。结果表明,不均匀覆冰下,大档差与否对等值覆冰厚度计算结果的准确性有直接影响。     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

基于杆塔结构力学测量的线路覆冰在线监测系统研究EI北大核心CSCD

近年来我国输电线路冰灾日益严重,准确监测线路覆冰情况,进而采取防冰、除冰措施对系统安全运行具有重要作用。以国内已有的传统架空线路的覆冰力学模型为基础,提出基于不同杆塔结构力学测量元件的特点,分别建立适合耐张塔-耐张塔与直线塔-直线塔输电线覆冰监测模型。模型综合利用拉力、导线和绝缘子倾角等参数且考虑风偏影响,其中直线塔-直线塔覆冰模型通过风偏平面内竖直方向上的静力学受力平衡计算覆冰厚度。现场运行结果表明,两种模型均能准确监测输电线路的覆冰情况,并正确做出覆冰告警。     

基于杆塔结构力学测量的线路覆冰在线监测系统研究

近年来我国输电线路冰灾日益严重,准确监测线路覆冰情况,进而采取防冰、除冰措施对系统安全运行具有重要作用。以国内已有的传统架空线路的覆冰力学模型为基础,提出基于不同杆塔结构力学测量元件的特点,分别建立适合耐张塔-耐张塔与直线塔-直线塔输电线覆冰监测模型。模型综合利用拉力、导线和绝缘子倾角等参数且考虑风偏影响,其中直线塔-直线塔覆冰模型通过风偏平面内竖直方向上的静力学受力平衡计算覆冰厚度。现场运行结果表明,两种模型均能准确监测输电线路的覆冰情况,并正确做出覆冰告警。     

基于力学测量的输电线路覆冰监测计算模型

为对输电线路的覆冰情况进行监测和计算,笔者提出了通过对耐张段及直线塔张力的测量来对输电线路稳态覆冰状况进行监测的方法,根据耐张段张力倾角和悬垂绝缘子串张力偏斜角进行输电线路覆冰实时计算模型的建立,并进行了试验验证。结果表明,该方法计算得出的覆冰值精度较高,可应用于多档输电线路覆冰的监测计算。     

导线覆冰监测系统的力学模型与预警功能优化

研究输电线路覆冰在线监测系统的覆冰厚度预测模型以及预警功能的实现与优化。以覆冰线路为研究对象,对其进行力学分析,考虑耐张绝缘子串等不均匀载荷以及风偏平面的载荷,建立了输电线路综合荷载的等值覆冰厚度预测模型,并依据该模型建立导线覆冰在线监测系统。运用输电线路内部循环应力与疲劳振动次数的s-N曲线得出输电线路强度衰减的计算公式,依据导线剩余强度给出导线疲劳度概念及公式,并考虑导线疲劳度对覆冰监测系统的预警值进行修正。实验结果表明,监测系统可以更准确地发出报警信号。     

特殊地形下输电线路等值覆冰厚度计算模型有效性分析和改进研究

覆冰是影响电网安全运行的最主要威胁之一。输电线路覆冰在线监测是防治电网覆冰灾害的有效手段,其中称重法获得广泛应用。我国地形复杂多变,特殊地形对输电线路受力有较大影响。为了分析输电线路覆冰在线监测中直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在常见输电线路纵断面模型下的有效性,文章采用有限元法建立输电线路力学仿真模型,研究输电线路过谷模型、翻山模型以及连续上(下)山模型下输电线路等值覆冰厚度计算结果的准确性,提出考虑等效长度变化的直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型。结果表明,在均匀覆冰下,对于输电线路过谷模型,当杆塔高差系数绝对值不超过0.2时,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差在16%以内;然而当杆塔高差系数较大时,如杆塔高差系数为–0.3,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差大于40%。将等值覆冰厚度计算模型改进后,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差变小,且覆冰厚度越大,相对误差越小。对于输电线路翻山模型和连续上(下)山模型,等值覆冰厚度计算厚度结果相对误差不超过5%。     

基于聚类算法的电网覆冰灾害分级预警模型研究

对电网覆冰灾害进行了分级预警模型的研究,采用图像检测法测得输电线路覆冰厚度的实时数据,以此为约束条件,采用聚类算法计算出输电线路的综合覆冰厚度,针对不同的覆冰厚度,对覆冰灾害进行了等级划分,并发出相应等级的预警信号。通过对某220 k V架空输电线路覆冰厚度数据的实时监测,验证了该预警模型的有效性。电网覆冰灾害分级预警模型的建立,使覆冰灾害预警更为准确、有效,且节约线路维护检修成本,为高压输电线路状态评估、安全性评价等工作提供参考依据。     

基于动态拉力与倾角的输电线路覆冰过程辨识与建模

输电线路覆冰会严重影响电网的安全稳定运行,因此准确地监测线路覆冰情况对电力系统的安全运行具有重要作用。针对目前基于动态拉力与倾角的架空输电线路覆冰力学模型对现场线路覆冰的监测还有一定误差,提出了以导线动态拉力、倾角为输入,等值覆冰厚度为输出的多输入单输出耐张塔覆冰监测模型。采用系统辨识的方法,利用便于工程实践的Matlab系统辨识工具箱辨识与建模出最终模型。研究表明,最终辨识得到的模型满足实际现场情况,能准确地监测输电线路的覆冰过程情况,并为线路覆冰监测提出了一种新思路。     

基于电容传感器的架空输电线覆冰厚度检测方法

提出了一种新的架空输电线覆冰厚度检测方法,并设计了覆冰检测电容传感器。基于电容传感器给出一种输电线路覆冰厚度监测系统的设计方案。利用电容效应计算出传感器电容值与架空线覆冰厚度的关系曲线。实际应用时,通过比较传感器测量到的电容值与预设关系曲线得出架空输电线覆冰厚度。测试结果验证了电容式架空输电线覆冰厚度检测方法的有效性。     

基于三维重建的输电线路覆冰在线监测方法

输电线路覆冰常危害电力系统安全运行,有效监测输电线路覆冰状况能够预防由覆冰引起的重大电力事故。文中提出一种基于图像三维重建的输电线路覆冰在线监测方法,该方法利用计算机双目视觉原理,通过2台不同位置的摄像机采集同一段线路的2幅覆冰图像,检测出图像的匹配点,利用图像间的视差计算线路覆冰在三维空间的深度,重建出线路覆冰的三维模型,最后由三维模型计算得到线路覆冰的厚度及其分布状况。应用所提出方法对2组实测图像进行三维重建分析,结果表明该方法不仅能够准确计算线路覆冰的厚度,还可反映覆冰的厚度分布特征。     

基于STM32的输电线路覆冰监测系统及低功耗策略研究

为保障极寒天气条件下输电线路的安全运行，基于STM32微控制器研究了一种输电线路覆冰监测系统。采用高精度拉力、倾角传感器和微气象传感器采集数据，再将数据代入输电线路覆冰力学模型计算覆冰厚度，通过NB-IoT模块将覆冰厚度、拉力、倾角等9个参数上传至物联网云平台，用户可通过PC远程方式实时查询覆冰厚度等关键参数。为进一步降低输电线路覆冰监测系统的功耗，提出了一种间歇工作策略，分别测试了工作模式、低功耗模式和超低功耗模式下的系统功耗，实验结果表明，超低功耗模式下系统日均功耗为0.041 A·h，是工作模式日均功耗的9.47%，满足监测系统低功耗要求。     

基于物联网技术的覆冰舞动综合监测装置设计

研制了一种基于物联网技术的覆冰舞动综合监测装置，采用在线取电方式解决覆冰期间监测系统供能不足的难题，通过有机薄膜加热技术对镜头加热的方式防止覆冰期间镜头被冰覆盖，应用双目摄像头及覆冰舞动图像识别算法精确计算覆冰厚度和舞动强度，结合4G信号和北斗短报文双通信模块传输监测数据，并利用物联网管理平台实现输电线路覆冰舞动现象的实时监测预警。     

架空输电线路覆冰厚度预测技术研究

通过统计和分析历年输电线路覆冰案例,根据气象和地理规律,提出一种基于气象信息的输电线路覆冰厚度预测方法。利用气象模式预报资料、气象台站观测资料和地形地貌信息,对冷空气中心路径预报,并通过覆冰气象地理模型预报未来一段时间出现覆冰的区域和线路,给出输电线路覆冰厚度预报值。另外采用高精度的地理信息资料订正冰厚,实现输电线路覆冰厚度预报。系统在湖北电网部署以来,多次准确预报了覆冰发生区域和输电线路冰厚,为线路运维人员防灾应急处置争取了宝贵时间。经实际验证,本方法预测输电线路覆冰厚度准确度高、实用性强,具有推广价值,同时也为开发输电线路舞动、雷电等灾害预报系统积累了经验。     

基于支持向量机和模糊控制的输电线路覆冰状态评估模型

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行。为提高输电线路覆冰状态评估准确率,以输电线路覆冰监测系统为基础,综合考虑监测系统的等效覆冰厚度、微气象参数以及覆冰持续时间等,提出基于支持向量机和模糊控制的输电线路覆冰状态评估模型。支持向量机实现覆冰状态的初步分类,输出无覆冰状态和有覆冰状态,针对有覆冰的状态进一步通过模糊控制评估模型对覆冰的严重程度作出准确评估,输出线路覆冰综合评估结果。实验数据验证了评估模型的准确性和可行性。