摘要：輸電線路的覆冰常會引起線路的跳閘、斷線、倒塔、導(dǎo)線舞動、絕緣子閃絡(luò)和通訊中斷等事故。本人作為一名設(shè)計(jì)人員，針對云南省的覆冰災(zāi)害情況，特別是云南昭通地區(qū)，結(jié)合工程實(shí)際，著重討論輸電線路覆冰在線監(jiān)測、預(yù)警和診斷方法的心得體會，偏頗或不到之處請予指正。

　　關(guān)鍵詞：輸電線路;覆冰;在線監(jiān)測

　　0引言

　　工程背景：昭通北部220kV電網(wǎng)加強(qiáng)工程，起于500kV甘頂變220kV側(cè)間隔，迄于220kV北門變西側(cè)220kV間隔。單回架設(shè)，線路路徑長度約88km。設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為27m/s，本工程覆冰情況復(fù)雜，共劃分為四個(gè)冰區(qū)。導(dǎo)線型號推薦在30mm冰區(qū)采用2×JLHA1/G1A-460/60-54/7鋼芯鋁合金絞線，其他段采用2×JL/LB1A-400/50鋁包鋼芯鋁絞線。地線型號地線在30mm冰區(qū)采用JLB20A-150鋁包鋼絞線，在20mm冰區(qū)地線采用JLB20A-120鋁包鋼絞線，其余段采用JLB20A-100鋁包鋼絞線，對側(cè)光纜相應(yīng)配置。本工程目前處于可研設(shè)計(jì)階段。

　　電力論文范文：高壓架空輸電線路跨越施工工程要點(diǎn)探討

　　根據(jù)對沿線調(diào)查資料的分析，以及昭通市輸電管理所的資料，線路區(qū)域2008年冰災(zāi)情況：鹽津境內(nèi)的黎山、羅漢溝、酸棗溪梁子-大涼風(fēng)凹等地為覆冰最嚴(yán)重地段，大關(guān)境內(nèi)的甘頂、金寶山、羅漢壩、羅漢嶺等地為覆冰最嚴(yán)重的地段，覆冰性質(zhì)主要有雨凇、雨霧凇混合凍結(jié)及霧凇。2008年覆冰過程中本工程線路區(qū)域覆冰具有以下特性：覆冰的量級增加較大，常年覆冰輕的地方在本次覆冰過程中的量級增加較大，10mm冰區(qū)多為2-3倍，常年覆冰中的地方在本次覆冰過程中增加的量級較小，20mm冰區(qū)多為1.5-1.8倍，30mm冰區(qū)多為1.2-1.6倍。一些多年未發(fā)生覆冰現(xiàn)象的低河谷地帶(海拔800m以下)發(fā)生了覆冰。

　　雨凇及以雨凇為主的混合凇是造成區(qū)域內(nèi)電力線路覆冰災(zāi)害的主要原因。本工程區(qū)域內(nèi)的覆冰以雨凇和以雨凇為主的混合凇為主。電力線路覆冰災(zāi)害主要發(fā)生在1月18日-2月3日，其中又以18日-23日較為集中，說明凍雨強(qiáng)度大。目前，檢測線路覆冰的方法主要有人工巡視檢測、觀冰站、模擬覆冰導(dǎo)線等，這些方法存在著勞動強(qiáng)度大、投資高，檢測結(jié)果和實(shí)際出入大等問題。等值覆冰綜合在線監(jiān)測裝置具有以下特點(diǎn)：①可取代造價(jià)高、維護(hù)困難的觀冰站;②隨時(shí)掌握沿線氣象條件;③在線監(jiān)測等值覆冰狀況和覆冰發(fā)展趨勢，提高監(jiān)測精度;④擴(kuò)展監(jiān)測功能，增加桿塔荷載監(jiān)測、導(dǎo)線風(fēng)偏監(jiān)測等功能;⑤完善的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)。因此輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的研究是檢測覆冰技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

　　1導(dǎo)線覆冰在線綜合監(jiān)測裝置原理

　　1.1數(shù)據(jù)/圖象傳輸

　　系統(tǒng)通過現(xiàn)場在線采集風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、垂直荷載(垂直擋距內(nèi)的導(dǎo)線、絕緣子、金具的質(zhì)量以及冰荷載和風(fēng)荷載)、絕緣子傾斜角等數(shù)據(jù)和圖象，采用無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)/圖象傳輸。

　　1.2后臺軟件分析程序

　　后臺軟件分析程序是建立在風(fēng)荷載數(shù)學(xué)模型、垂直荷載數(shù)學(xué)模型、等值覆冰計(jì)算模型、桿塔三維力學(xué)模型、風(fēng)偏距離數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上編制，根據(jù)前臺獲取的數(shù)據(jù)，直接得出等值覆冰厚度、桿塔縱向不均衡張力和導(dǎo)線風(fēng)偏距離等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)線等值覆冰厚度、桿塔縱向不均衡張力、導(dǎo)線風(fēng)偏距離的在線監(jiān)測。

　　1.3預(yù)測模型

　　考慮到覆冰生長預(yù)測模型的精度和可測算性，在國際上通用的20多種覆冰生長預(yù)測模型中，選擇采用更接近國內(nèi)設(shè)計(jì)條件的Makkonen模型進(jìn)行導(dǎo)線覆冰生長預(yù)測。

　　1.4報(bào)警系統(tǒng)

　　通過上述各種功能的實(shí)現(xiàn)，建立線路運(yùn)行狀況的預(yù)、報(bào)警系統(tǒng)，預(yù)、報(bào)警系統(tǒng)包括：導(dǎo)、地線等值覆冰厚度發(fā)展趨勢、氣象條件、桿塔縱向不均衡張力和導(dǎo)線風(fēng)偏距離等。

　　2基本功能介紹

　　2.1導(dǎo)線(地線)等值覆冰厚度在線監(jiān)測

　　在線測量絕緣子荷載的變量，建立在一個(gè)垂直擋距單元內(nèi)導(dǎo)線自重、風(fēng)壓系數(shù)、絕緣子傾角、絕緣子垂直荷重和導(dǎo)線等值覆冰厚度的數(shù)學(xué)模型，在線監(jiān)測在一個(gè)垂直擋距單元內(nèi)等值覆冰厚度變化。

　　2.2氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測

　　在線監(jiān)測小氣象環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，可滿足線路設(shè)計(jì)和對氣象條件的需求。必要時(shí)，可增加降雨量、日照等功能。

　　2.3桿塔荷載監(jiān)測

　　相鄰檔的不均勻覆冰或線路不同期脫冰會在桿塔上產(chǎn)生張力差，線路設(shè)計(jì)時(shí)，對桿塔導(dǎo)線橫擔(dān)和地線支架所允許承受的不均衡張力差有嚴(yán)格的控制，本系統(tǒng)通過在線監(jiān)測絕緣子順線路方向的傾斜度及荷載，建立桿塔三維力學(xué)模型，在線監(jiān)測桿塔縱向張力差的變化。

　　2.4導(dǎo)線風(fēng)偏狀態(tài)監(jiān)測

　　通過在線監(jiān)測絕緣子垂直線路方向的傾斜角，建立絕緣子傾斜度、風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)偏系數(shù)(設(shè)計(jì)值)的數(shù)學(xué)模型，找出在不同的氣象條件下，風(fēng)偏系數(shù)和電氣距離之間的對應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證風(fēng)偏系數(shù)取值的合理性。

　　2.5視頻在線監(jiān)測

　　采用耐低溫、防覆冰視頻技術(shù)，獲取半球水平360°旋轉(zhuǎn)，垂直向下任一點(diǎn)的圖片，景深范圍可在200～400m內(nèi)選擇，圖片通過GPRS/CDMA技術(shù)將需要的圖片傳至后臺與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

　　2.6預(yù)警系統(tǒng)

　　對應(yīng)線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求，設(shè)定予、報(bào)警值，予、報(bào)警值可在后臺監(jiān)測中心和調(diào)度中心顯示，并能通過移動網(wǎng)絡(luò)以短信方式及時(shí)發(fā)送給相關(guān)人員。

　　3數(shù)學(xué)計(jì)算模型

　　3.1導(dǎo)線覆冰厚度計(jì)算模型

　　根據(jù)導(dǎo)線綜合載荷是導(dǎo)線固有載荷、冰載荷、風(fēng)載荷之和建立載荷平衡模型：(1)式中，ΣG為綜合垂直載荷;G1為垂直檔距內(nèi)導(dǎo)線和絕緣子自重載荷;G2為垂直檔距內(nèi)冰載荷;P為垂直檔距內(nèi)風(fēng)載荷。ΣG可通過拉力傳感器測量的絕緣子及導(dǎo)線負(fù)荷計(jì)算得出，G0可依據(jù)工程實(shí)際情況得出，P可以通過風(fēng)速傳感器、導(dǎo)線直徑和風(fēng)向夾角等算出。還要考慮導(dǎo)線受風(fēng)體形系數(shù)\風(fēng)壓不均勻系數(shù)以及線路導(dǎo)線風(fēng)載調(diào)整系數(shù)等。建立垂直載荷數(shù)學(xué)模型，得出冰載荷。再依據(jù)覆冰厚度等效模型計(jì)算出，導(dǎo)線等值覆冰厚度：(2)式中，δ為導(dǎo)線覆冰厚度;d為無冰時(shí)導(dǎo)線外徑;m3為導(dǎo)線每米覆冰后總質(zhì)量，可由重力傳感器測得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算;m1為無冰時(shí)導(dǎo)線每米總質(zhì)量;ρi為覆冰密度。以此式計(jì)算出等效導(dǎo)、地線均勻覆冰厚度。

　　3.2導(dǎo)線風(fēng)荷載計(jì)算模型

　　風(fēng)作用于輸電導(dǎo)線上產(chǎn)生的正交風(fēng)載荷，并非理論風(fēng)壓與導(dǎo)線受風(fēng)截面積之和，還需要考慮導(dǎo)線的體型系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、風(fēng)載荷調(diào)整系數(shù)、風(fēng)速高差換算系數(shù)以及風(fēng)夾角等影響。導(dǎo)線風(fēng)載荷計(jì)算依據(jù)空氣動力學(xué)原理，建立懸垂導(dǎo)線風(fēng)載荷計(jì)算公式為：(3)式中，α為風(fēng)壓不均勻系數(shù);W0為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值;μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);μsc為體型系數(shù);βc為風(fēng)載調(diào)整系數(shù);d為導(dǎo)線外徑;Lp為桿塔水平檔距;B為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù);θ為風(fēng)向與電線軸向間的夾角。

　　3.3桿塔荷載監(jiān)測、分析模型

　　通過安裝在絕緣子串軸線上的雙軸角度傳感器，測得絕緣子的傾斜角，建立綜合拉力的數(shù)學(xué)模型，獲取桿塔橫擔(dān)端部的垂直方向的下壓力和順線路方向的水平拉力。

　　3.4導(dǎo)線風(fēng)偏距離監(jiān)測、分析模型

　　用雙軸角度傳感器測得絕緣子串垂直線路方向的傾斜角風(fēng)偏角，建立導(dǎo)線風(fēng)偏距離數(shù)學(xué)模型：L1=L2-λcosθ2。式中，L1為導(dǎo)線水平風(fēng)偏距離;L2為導(dǎo)線與塔身的凈空距離;λ為絕緣子串長度;θ為傾斜角。

　　4結(jié)語

　　通過大量的試驗(yàn)研究證明，此方法能滿足重覆冰地區(qū)輸電線路的基建、生產(chǎn)、運(yùn)行的需求。因此，對于昭通北部220kV電網(wǎng)加強(qiáng)工程，考慮重覆冰線路段安裝覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過覆冰在線監(jiān)測裝置的傳感器、數(shù)據(jù)采集、通訊、分析系統(tǒng)、預(yù)報(bào)警系統(tǒng)等取得大量數(shù)據(jù)和圖片，為未來該地區(qū)的輸電線路設(shè)施建設(shè)提供充實(shí)的技術(shù)支撐。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]張予.架空輸電線路導(dǎo)線覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng).高電壓技術(shù)，2009，34(9)：1992-1995

　　[2]110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50545-2010

　　作者簡介彭洋