覆冰监测03.ppt

覆冰在线监测系统 学生 熊攀导师 陈侃松副教授专业 11级微电子 目录 4 相关背景介绍 1 2 3 5 输电线路覆冰在线监测系统的原理及功能 输电线路典型覆冰分析 华中电网覆冰在线监测系统 覆冰在线监测系统研发及运行分析 6 架空输电线路超设计条件覆冰是影响送电线路安全运行的突出问题之一 近年来 国内电网受大气候和微地形 微气象条件的影响 冰害事故时有发生 冻雨覆冰使输电线路的荷重增加 对导线 铁塔 绝缘子和金具带来不同程度的机械损坏 严重时会导致断线和倒杆塔 造成大面积停电事故 2008年一月以来 我过南方地区出现长时间持续的大范围的低温雨雪冰冻天气 导致输电线路发生倒塔 断线 覆冰闪络 脱冰跳跃等多种事故 对电网造成了严重的破坏 湖南 江西 贵州等地电网一度解列 部分地区电网几乎全部损毁 此次冰灾的直接原因是罕见的持续大范围低温雨雪冰冻气候 但同时也反映出缺乏在第一时间掌握线路覆冰状况的手段 目前 检测线路覆冰的方法主要有人工巡视 观冰站等 这些方法存在着劳动强度大 投资高 检测结果准确性差等问题 输电线路覆冰在线监测技术通过在易覆冰区域的铁塔上安装覆冰自动监测站 将数据通过无线通讯网络传往监控中心 可随时掌握线路的覆冰情况 并可实现预 报警 达到降低电网覆冰事故损失的目的 研究覆冰在线监测技术 对防止和控制电网冰灾 提高电网的运行可靠性具有重大意义 输电线路覆冰在线监测系统是集计算机技术 微量信号传感技术 电磁兼容技术 数据信息处理技术 低功耗技术 视频技术 网络通讯技术等为一体的技术集合体 系统在输电线路杆塔安装拉力传感器 倾角传感器 温湿度传感器 风速传感器 风向传感器 摄像机 采用无线通信技术 通常是GSM或GPRS 进行现场数据 图像的实时传输 后台专家系统根据前台获取的数据 进行力学分析 利用等值覆冰厚度计算模型 风荷载数学模型 风偏距离数学模型计算出等值覆冰厚度 杆塔纵向不均衡张力和导线风偏距 并可对覆冰生长进行预测 1 导线等值覆冰厚度监测 利用绝缘子受力数据 建立在一个垂直挡距单元内导线自重 风压系数 绝缘子倾角 绝缘子垂直荷重和导线等值覆冰厚度的数学模型 在线监测在一个垂直挡距内导线等值覆冰厚度的变化 2 视频在线监测 通过现场摄像头的转动 可获取多方位多角度的现场图像 一般选取绝缘子 金具 导线 杆塔基础等关键部位 定时进行拍照 图像通过GPRS传至后台与监测数据进行对比分析 3 气象数据监测 在线监测测点周围的温度 湿度 风速 风向等数据 必要时 可增加降雨量 日照监测等功能 4 杆塔荷载监测 利用沿两个垂直方向 坐标 的倾角数据 可建立杆塔受力三维力学解析模型 实现对杆塔垂直荷载及不均衡张力的监测 5 风偏距监测 利用绝缘子垂直线路方向的倾斜角 该数据可直接获取或解析得到 根据倾角传感器现场安装方式而定 可实现风偏距监测 6 自动预警报警功能 根据线路设计标准或用户要求 设定预 报警值 预 报警信息可在客户端显示 专家系统也会根据预报警信息 自动提高数据采集频率 实现实时跟踪 7 覆冰生长预测 导线覆冰生长模型应考虑气象条件 线路走向及悬挂高度 导线直径及扭转性能等因素 Makkonen把导线半径 气温 风速 降水率 风向及覆冰时间等作为输入量 对冰柱生长的覆冰模型进行了分析和计算 考虑预测模型的可靠性及实用性 选择Makkonen模型对导线覆冰生长进行预测 500kV孝浉I回线115 塔监测点位于湖北大悟县山区 当地海拔483m 2009年二月下旬孝浉I回线115 塔测点监测到的一次线路覆冰数据如图1所示 图1孝浉I回线115 塔测点覆冰数据图 从图1可见 孝浉I回线115 塔监测点的覆冰过程大致分为四个阶段 1 覆冰形成阶段从26日4 25开始 线路开始结冰 风速风向传感器被冻住 气温维持在 1 8 左右 相对湿度大于97 完全满足覆冰条件 至26日8 25在短短4个小时之内 综合拉力从30KN迅速增加到38 7KN左右 增长幅度近30 现场风速风向仪冻住 覆冰迅速增加 至26日8 25 等值冰厚达12mm 2 覆冰稳定生长阶段26日8 25后 气温进一步下降 由 2 0 降至27日9 27的 2 5 其中27日凌晨2 27测到的气温最低值为 2 9 此间 相对湿度一直保持在97 或98 覆冰稳定增长 至27日8 27等值冰厚达20mm 3 覆冰缓慢生长阶段27日10时后 气温保持在 2 2 至 1 5 之间 相对湿度一直维持在97 或98 覆冰略有增长 但增长速度变缓慢 至28日9 30 等值冰厚为22mm 4 覆冰消失阶段28日11 32 综合拉力为47kN 等值冰厚仍有21 5mm 但气温升至0 46 至28日13 32 综合拉力迅速减小为38kN 等值冰厚为11mm 此时气温为0 14 至28日15 32 综合拉力恢复正常 等值冰厚变为0 气温升至0 66 相对湿度为99 风速风向仪已解冻 说明覆冰已消除 至3月1日2 34 相对湿度升至75 气温在0 以上 说明该测点天气好转 从监测到的几次覆冰来看 架空输电线路覆冰过程都与孝浉I回线115 塔测点相似 大致可分为上述四个过程 主要有几个特点 形成阶段覆冰增长速度很快 持续时间不长 覆冰消失过程很快 通常为两三个小时甚至更短 说明覆冰可能未完全融化 而是从线路上掉落 覆冰过程的第二及第三阶段持续时间的长短则依赖于地区气候的变化 覆冰与温湿度密切相关 覆冰时气温在 1 5 之间 相对湿度通常在90 以上 华中电网有限公司2005年开展了科研项目 500kV输电线路覆冰在线监测装置研究 2007年起承担了国家电网公司科研项目 华中电网500kV输电线路覆冰在线监测系统研究与应用 及企业标准 架空输电线路等值覆冰厚度在线监测系统 编制的任务 属国内较早开展输电线路覆冰在线监测系统科研与运行的单位 华中电网输电线路覆冰在线监测系统统一包含了两次科研及技改项目 目前一共设置了16个监测点 现场监测点安装了拉力传感器 倾角传感器 温湿度传感器 风速传感器 风向传感器 摄像机 监测分机及太阳能电池等 其中两个测点还安装了泄漏电流监测装置 可供研究泄露电流与覆冰严重程度的关系 为保证在现场恶劣环境下的可靠性 现场部件通过了低温 覆冰 模拟电场条件下的精度试验 图像功能试验及电磁兼容试验等型式试验 系统后台位于华中电网有限公司技术中心实验室 主要由通信平台 数据库和和应用软件平台组成 通信平台接受测点传送的CDMA GPRS信号 将测点传回的拉力 倾角 风速 风向 温湿度等数据及现场图像写入数据库 应用软件平台采用B S模式 web服务器接受网络浏览器的请求 通过与数据库连接 实现数据的综合分析及拍照设置 数据采集设置等功能 不同级别用户可以通过IE浏览器查询覆冰图像数据或进行操作 实现信息共享 华中电网输电线路覆冰在线监测系统自投入运行以来 获取了大量现场覆冰图像和数据 图2是采集的一组绝缘子覆冰雪图像 图像采用压缩格式 占用空间较小 较为清晰 拍摄位置有绝缘子 塔基 塔头 导线等位置 能较好地反映现场实际 各采集数据合理 有一定的精度 与现场条件吻合 多次成功监测了线路覆冰 为生产管理部门决策提供了重要依据 亦验证了其可行性 尤其是在2008年年初抗击冰灾中发挥了一定作用 图2输电线路现场图像 1 拉力传感器是系统的最关键部件之一 目前国内的部分覆冰在线监测系统为图像监测系统 无拉力数据 单纯的图像系统只能判断现场是否积雪等简单状况 无法判断覆冰的严重程度 而通过拉力数据及力学模型 可计算等值覆冰厚度 从而对线路覆冰严重程度 杆塔受力情况有准确全面的了解 这也对拉力传感器的可靠性及精度提出了很高要求 2 在线路覆冰形成 发展及融化过程中 温湿度数据变化是最敏感的因素之一 通过温湿度数据随时间的变化情况 可推测线路覆冰是处于形成 生长或融化的哪一阶段 并可在一定程度上判断覆冰严重程度 与计算的等值覆冰厚度进行对比分析 3 拉力传感器的非线性区问题 系统采用的拉力传感器是电阻应变式传感器 一般传感器标称负载的15 以内为传感器的非线性区 而现场500kV线路绝缘子串的实际负载经常不足标称负载的15 即拉力传感器将长期工作于非线性区 这将大大降低测量精度 系统通过非线性补偿 将拉力传感器非线性区压缩至标称负载的5 以内 保证了拉力数据的精度 4 摄像头及风速风向仪在覆冰降雪条件下的可靠性问题 快球式摄像头在低温覆冰条件下能自由转动与拍照 而外面有旋转部件的摄像头存在冻结问题 摄像头在覆冰情况下玻璃表面可能形成大范围的小冰块 从而无法清晰地拍到现场实际图像 覆冰试验及系统挂网试运行都验证了这一结论 摄像头加热功能有一定作用 可以融化部分覆冰 但由于蓄电池容量有限 无法持续启动这一功能 在覆冰严重的状态下意义不大 有旋转部件的风速风向仪在覆冰情况下也容易冻结 通过这一点也可判断现场是否覆冰 5 通过在监测点安装舞动 污秽 泄露电流等监测装置 可较为全面地掌握线路工作状况 同时可降低装置成本 减少安装及通讯费用 6 覆冰在线监测系统能详细准确地记录现场覆冰过程 可取代观冰站 提高时效性和准确性 降低成本和劳动强度 能在线路覆冰初期及时发现 为运行单位制定处理措施提供依据 有利于将覆冰事故消除在萌芽状态 提高覆冰区线路的安全运行水平 通过若干年的运行 建立覆冰统计资料序列 为输电线路工程设计 建设及电网调度提供参考依据 1 输电线路覆冰在线监测系统可实现导线等值覆冰厚度 线路视频 气象数据 杆塔荷载 风偏距的实时监测 并实现自动预警报警 及时准确地掌握线路覆冰情况 为生产管理及调度运行部门决策提供依据 2 典型覆冰过程包含覆冰形成 稳定生长 缓慢生长 消失四个阶段 覆