刘伟 吕辉
武汉伊莱维特电力科技有限公司430070
摘要：覆冰作为输电线管控的“七防”之一，严重影响输电线路稳定工作运行，本文通过选取几种典型的分布式覆冰监测方法，具体分析分布式覆冰监测技术的研究与应用，综述各种方法的结构功能及存在的相关问题。
关键词：覆冰；监测技术；输电线路；应用
前言：高压或特高压输电线路早已成为国家的重要的战略设施之一，输电线路运行的稳定性，关乎着国防力量强弱以及社会民生发展好坏，而线路覆冰已经成为影响输电稳定性的主要难题之一。2008 年初，贵州、湖南、江西、浙江、湖北、云南、广西等13个省市遭受了严重的冰冻雨雪凝冻灾害，国家电网、南方电网的直接经济损失分别达104.5、150亿元[1]。为了避免因覆冰导致的输电线故障，防止更大的经济损失和社会不良影响，尽快统计覆冰线路的覆冰厚度与线路具体位置，对输电线路实时监测提出来很高的要求。
1.输电线路覆冰概述
1.1覆冰产生的原因
线路覆冰就是指一个范围内的所有电线都被冰包住的状况。冷的雨滴降落到温度低于冰点(0℃)的物体上就形成雨凇。如果发生是凝结在电线上，就会使电线覆冰[2]。
1.2线路故障机理
1.2.1输电线路舞动
线路舞动是输电线路最频繁的灾害，架空输电线路出现偏心结冰后，就会引起的低频自激振动。因为线路的舞动会产生非常高的能量，持续时间较长，当输电线路发生线路舞动后，将会给线路带来极大的负担，会引起包括短路、断线倒塔等一系列问题，更有甚者会引起大规模停电[3]。
1.2.2输电线覆冰导致杆塔断裂
在输电线两端杆塔的张力不平衡的时候会造成输电线断裂。尤其是在一些地势不规律或者起伏较大的地区，杆塔在没覆冰的时候就受到不均衡的张力，当大面积覆冰的时候，更加剧了张力的不平衡性，最终导致杆塔断裂。与此同时混合覆冰的粘黏性强，不易自动掉落，在风的作用下产生舞动，使得连接的金具松动，长时间后导致杆塔的倒塌。
1.2.3覆冰导致绝缘子串出现闪络
绝缘子串覆冰状况下会产生冰凌桥接，导致绝缘子之间相互连接，绝缘强度大幅下降，融冰的过程中水与冰混合物中存在大量杂质，引起绝缘子之间的电场畸形，试验证明电场的畸形严重程度和绝缘子闪络发生率成正相关，最终提高造成电气事故的几率。
2.输电线路实时监测技术遇到的问题
2.1能源提供以及续航问题
大多数输电线路中的实时监控系统都是电力电子器件作为核心部分，大量的安装在杆塔和输电线路上，这就需要有源供电，通常是太阳能电池板和蓄电池供给检测设备使用。在极端的天气条件下，供电稳定性下降，续航能力成为一大挑战。
2.2监测准确性问题
检测设备本质都是由电力电子器件组成，这就定位了安装在输电线和杆塔上传感器将受到电磁干扰的必然性，致使传输的数据存在失真的后果，近年来抗电磁干扰的研究有所进展但是依然无法杜绝。
2.3设备老化问题
大多数监测设备长时间运转且都安装在户外，经过长时间外界环境腐蚀，电子设备避免老化的问题。
3.现阶段覆冰检测方法
3.1档距内质量法
电力线与杆塔相连位置的球头挂环用较为灵敏的拉力传感器去替换。这个方法在覆冰的或正常气候时可以对垂直档距相连输电线进行质量的监测并记录其质量变化，通过算法设计，能够把线路覆冰的厚度表现出来。
该方法在对于大应变时有较大的非线性导致测量结果偏离实际值，并且依靠电力电子器件达到监测目的，其输出信号较弱，且在极端天气会失灵。
3.2视频图像解析法
图像处理法是一种非常常见的监测方法，以视频的方式将实时的现场数据传输给监测中心，通过图像的对比，通过视频数字图像处理技术，计算输电线路覆冰前后的对比平均比值来求取覆冰的厚度。
这种方法的可视距离有限，导致在长距离输电线路上的监测成本极高，并且图像处理法在冰雪遮蔽和冻结等恶劣天气将无法使用，作为一套电子设备必须具备有源供电，提升了工作人员的工作量。
3.3基于称重机制的模拟导线法
在易于覆冰的高压输电线旁架设一根和实际线路完全相同的模拟架空线，通过对覆冰时期模拟导线的拉力传感器测量，记录重力变化后将数据传送到监控中心，经过数据处理计算并结合工程参数，计算出覆冰厚度。
3.4倾角法
当输电线路上有覆冰的情况时，根据导线在悬挂点处的受力状况，并结合导线悬点处的倾角、最大弧垂等参数进行计算，可以得出覆冰导线的总截面积，进而得到导线覆冰厚度[4]。
3.5OPGW覆冰在线监测
OPGW覆冰实时监测是基于光纤布里渊散射的一项工程应用，通过感知光纤线路中覆冰区域与正常区域温度的差异时，OPGW内部发生应力和光纤散射频移方式的变化。通过数据的变化，对OPGW光缆覆冰进行监测，实现OPGW覆冰分布监测。项目监测主机安装在线路一侧变电站，与线路OPGW其中一芯备用纤相连，即可实现实时监测，此方法不需要在输电线路或杆塔上安装传感器。
其中数字信号相应的转换后得到布里渊频谱的频移量,其中，，n、、分别为光纤的折射率、声速和入射光波长；
根据布里渊频谱的频移量与应力的线性关系得到应力分布曲线，曲线表现形式为：
其中，为温度,为应力，为应变；基于应力分布曲线，利用相关技术对所述光缆覆冰位置进行定位[5]。
结束语
前四种测量方式都有很明显的诟病，传感器必须安装在杆塔或者输电线上，在极端天气下，电子设备的自身质量以及其续航能力受到极大的挑战，而OPGW实时监测的设备安装于站内，不受外部自然条件的限制，且不需要在杆塔上安装任何传感器，接收光信号的数据完全保真，不存在电力电子器件受到电磁干扰等问题，在覆冰的实时监测领域具有先天性的优势，当发现线路覆冰的时候能够第一时间将数据传送到工作人员手中，使得相关部门及时采取相应措施，确保输电线路的安全运行。
参考文献：
[1]李立浧，阳林，郝艳捧.架空输电线路覆冰在线监测技术评述[J].电网技术，2012，36(02)：237-243.
[2]朱晔，王海涛，吴念，等.输电线路覆冰在线监测动态预警模型[J].高电压技术，2014，40（5）：1374-1381.
[3]周瑞.基于光纤光栅应变传感器的输电线路舞动监测装置研究[D].北京邮电大学，2019.
[4]常恒.基于动态拉力和倾角的输电线路覆冰预测与试验研究[D].重庆大学，2013.
[5]刘志明.智能电网中光纤式输电线路覆冰监测关键技术研究[D].北京邮电大学，2016.