高压输电线路在线弧垂监测系统

•  主要功能

■ 在线测量高压输电线路导线温度
■ 在线测量高压输电线路导线对地垂直距离
■ 在线监控高压输电线路视频图像
■ 在线监测高压输电线路附近微气象数据。为输电线路动态增容和线路覆冰预防提供决策依据。 
 

•  产品特点及国内状况

目前，国内挂接在高压输电线路导线上的温度测量装置供电都依赖于从高压输电线路上取电，我公司在2006年成功研制出基于在线取电方式的第一代导线温度测量装置，在近几年的使用过程中，我们发现基于在线取电方式的导线温度测量装置有如下缺点。
1、由于取电的核心装置电流互感器有铁芯和绕组的存在，从而使整个装置的体积偏大，重量重。
2、由于取电的核心装置电流互感器的铁芯要设计成两半式结构，使得设备安装比较困难。
3、由于在线取电装置取得的能量是通过穿过铁芯的电流互感得到的，而由于通过铁芯的电流动态范围很大，当设备满足小电流取电状态时，大电流工作时装置会发热，当设备满足大电流取电状态时，小电流工作时能量就不够，所以只有加大绕组，满足小电流取电，在大电流时采取梯级稳压，分级散热，这样使得稳压电路复杂，造价偏高。
4、设备在运行的过程中，由于两半式铁芯的震动，使得铁芯接触面偶合不好，影响取电效果，设备稳定性差，维护比较困难。
在公司前两代产品的基础上，我们第三代产品最终选择采用太阳能供电方式给设备供电，太阳能极板能不断地给电池充电，补充能量，这样使得在高压输电线路导线上能进行多参数测量。
公司开发出的第三代在线多参数测量装置，不仅能测量导线温度，同时还能测量导线对地的垂直距离和导线的视频图片，在导线对地垂直距离的测量上也做了改进，过去弧垂的测量一般都采用间接的方法测量，比如根据弧垂的计算公式测量导线应力或者测量导线倾斜角然后根据抛物线方程计算导线弧垂，还有根据温度与弧垂的对应曲线来测量弧垂等等，也有采用连续雷达波测量，这些测量方式，测量距离有限，误差大，新一代在线多参数测量装置导线对地垂直距离的测量装置改用激光测距的方式，直接测量导线对地垂直距离，增加了测量范围，大大提高了测量精度和设备运行的稳定性，该测量技术在国内属绝对领先地位。
 

• 项目背景

■ 覆冰检测报警项目背景
2005年春节前后华中地区出现冻雨、雨雪天气，特别是湖南、湖北两省分别遭受了50年和35年以来大面积、长时间、高强度的输电线路覆冰自然灾害，造成华中电网500KV变电站发生设备故障5次；500KV交直流输电线路共跳闸18条69次。灾害造成500KV交流输电线路倒塔4条25基，严重变形4基；地线滑移4处、断线5处，地线支架屈服5处；220KV线路倒塔25基，严重变形3基，电网解列4次。2007年春节前后南方地区发生的雪灾远远超过了2005年的雪灾，我国电力系统自1954年首次记录输电导线覆冰灾害以来，几乎每一年都有导线覆冰记录，冰灾发生地覆盖了我国的东北、华北、西北、华中、华南、华东等地区。给电力系统的正常运行造成重大威胁。 
截面小于300mm的导线，在覆冰厚达40 mm 时，导线应力就接近极限破坏应力；截面400mm—630mm的导线，在覆冰厚达60 mm 时，导线应力也就达到极限破坏应力。这种情况将造成输电线路的严重破坏。而形成40 mm 冰厚(如果气象条件适合覆冰的形成) , 需经过8 小时，形成60 mm 冰厚(如果气象条件适合覆冰的形成)，需12小时。也就是说，在覆冰刚开始形成到冰层厚度到达40mm的8小时内，如果能够及时监测覆冰形成并采取相应措施，将极大地降低覆冰造成的危害。
怎样及时有效地发现线路覆冰并准确判断覆冰情况，目前主要有两种方式：一是在特殊区域设立专人职守的观测点，人工记录并通报气象信息及覆冰情况；二是在线路上安装测力、测重、风速等传感器，间接反映覆冰情况。目前看来，这两种方式都存在一定的不足。设立人工观测点，虽然在有站点的区域能及时准确通报覆冰情况，但由于输电线路距离长、通过的偏远地区较多，不可能在有限的费用控制下，设置足够的站点。第二种方式，目前还没有建立导线拉力、重量与覆冰状况之间的对应关系，间接判断缺乏必要的准确度。
■ 动态增容项目背景
如何提高电网的稳定性和输电能力，充分利用有限的、日益紧张的输电走廊，使其满足不断快速增长的用电需求，是我国电力系统面临的重大课题。输电线路的极限输送容量，一方面受系统稳定的制约，另一方面与线路选定的电压、导线的截面、导线设计运行温度、导线架设形式和档距、弧垂、导线周边运行环境（环境温度、日照强度、雨雪冰风）等因素有关。在线路电压、导线截面、导线架设形式、导线环境参数等因素相对确定的条件下，提高导线运行温度，可以简便地经济地提高线路的送电能力。
目前，提高导线温度而增加送电容量（提温增容）的技术，主要有两种。一是静态提温增容技术，二是动态提温增容技术。静态提温增容技术，是突破现行技术规程对普通钢芯铝绞线运行条件的规定，将导线允许最高运行温度由现在规定的70℃提高到80℃，这样线路的输送容量能提高20％（也有的实验证明可提高到23﹪～27﹪）。但这样做的前提，是需对提高允许温度后的导线、配套金具的机械强度和寿命的影响程度进行必要的研究；对导线弧垂增加后的安全裕度进行研究。静态提温增容技术还研究采用殷钢心耐热铝合金导线（TACIR）、殷钢心超耐热铝合金导线(ZTACIR)和殷钢心特耐热铝合金导线(XTACIR)的技术，这三种导线的允许运行温度（在满足低弧垂的要求下），分别为150℃、210℃、和230℃。从而更大程度上提高了输送容量。
动态提温增容技术，是在不突破现行技术规程规定的前提下，在线路上安装在线监测装置，对导线实际运行温度进行监测，从而计算出相应的弧垂。由于现行技术规程规定的导线载流量和允许温度（70℃），是在设定极端条件下通过导线稳态热平衡方程式计算出来并考虑安全系数后确定的一个理论值。它与实际导线运行的条件有较大的差异，因而，存在着一定的隐性容量。通过挖掘这部分隐性容量，导线载流量可提高20％。
压输电线路在线监测系统既能在线路覆冰预防上也发挥重要作用，同时也实现了提高导线运行允许温度从而增加送电容量的目的，满足国家节能环保的产业政策。
 

• 高压输电线路在线弧垂监测系统

技术参数
1、系统使用环境条件
　① 工作温度：－30℃～＋75℃
　② 储存温度：－40℃～＋85℃
　③ 工作湿度：0～100%RH
　④ 储存湿度：0～100%RH

2、导线温度弧垂图像监测装置技术参数
功 能：测量导线的温度和导线对地垂直距离，采集安装点导线附近的图片，供电电池的电压，并将这些数据通过GPRS无线公网传输到监控中心的服务器上。
供电方式: 直流可充电锂电池直接供电3.3V~4.2V，太阳能对可充电锂电池补充充电
装置工作温度： -30℃ 至 +75℃
导线测量温度： -30℃ 至 +125℃ 测量误差：≤±0.5℃
弧垂测量范围： 0米 至 80米 测量误差: ≤±5mm
图像分辨率： 320x240 或 640x480 可选
电池寿命： 大于3年
重 量： ≤2.0公斤
体 积： 直径X长度 100mmX100mm

3、小型气象站技术参数
工作温度： -35℃ 至 +75℃
工作湿度： 0％ 至 100％ 
温度测量范围： -40℃ 至 +80℃； 测量误差； ≤±0.5℃
湿度测量范围： 0％ 至 100％； 精度3％；分辨率1％
风速测量范围： 0m/s 至 60m/s； 精度±（0.5±0.03V）m/s V为标准风速值。
风向测量范围： 0度 至 360度； 分辨率1度；准确度4度
雨量测量范围： 0mm 至 999.9mm; 分辨率0.25mm; 精度4％
日照测量范围： 0 至 1800w/ ; 分辨率1w/ ; 准确度5％
气压测量范围： 880 hpa至 1080hpa; 分辨率0.1 hpa; 准确度1.0 hpa

4、高压输电线路远程图像监控系统参数
图像监控路数： 1路 至 3路CMOS视频信号。
图片格式： JPEG格式。 
图片分辨率： 320x240,640x480可选。
供电方式： 太阳能供电，太阳能极板15W，电池DC12V/15AH。阴天连续工作时间：30天以上。
工作温度： -20℃ 至 +55℃
工作湿度： 5％ 至 95％ 
取图间隔： 10分钟至120分钟可选
通讯方式： GSM和GPRS组合运用
机械结构： 全封闭设计，防腐，防水，防尘，防电磁干扰。

5、 现场安装照片