一种输电线路的结冰厚度检测方法

摘要

本发明适用于结冰探测技术领域，提供了一种输电线路的结冰厚度检测方法，将结冰环境下结冰探测系统和输电线路结冰厚度的比值转化为水滴收集率之比，抓住两个影响结冰的主要因素，即风速和水滴直径，并且结合当地统计水滴粒径及风速的范围对水滴收集率之比的影响度，来建立简化的预测模型，通过该简化的预测模型，可以通过实时获取结冰探测系统探测到的环境中的结冰厚度来推算输电线路的结冰厚度。本申请的方法不需要实时测量众多参数，简化了测量方法，并且精度较高，适合于工程应用。

权利要求

1.一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S10. 将结冰探测系统设置在待检测的输电线路周围；

S20. 获取当地的中值水滴粒径Dz和中值速度Vz；

S30. 在Dz和Vz条件下，获取输电线路的中值水滴收集率β线路中，以及结冰探测系统的中值水滴收集率β系统中，并计算中值比R，R=β线路中/β系统中；所述中值水滴收集率β线路中和中值水滴收集率β系统中通过实验或者数值模拟计算的方法获得；

S40. 实时获取所述结冰探测系统所探测到的结冰厚度H系统，计算得到输电线路的结冰厚度H线路，H线路=RH系统。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，所述结冰探测系统包括支撑主体以及结冰传感器，所述结冰传感器设置在所述支撑主体上，所述支撑主体固定在输电线路周围。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，所述结冰探测系统包括至少三个结冰传感器，所述至少三个结冰传感器绕所述支撑主体的轴线错位设置。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，所述支撑主体为圆柱形。

5.根据权利要求1‑4任一所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，步骤S20包括：S21. 建立结冰探测系统的水滴收集率数据库

通过实验或数值计算方法，获得所述结冰探测系统在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；

S22. 拟合得到每一个速度 下所对应的水滴粒径和水滴收集率的关系曲线，并计算每一个速度 下，最大水滴粒径Dmax和最小水滴粒径Dmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的水滴直径，记为误差均值水滴粒径 ，计算中值水滴粒径Dz：；

S23. 在中值水滴粒径Dz下，计算最大速度Vmax和最小速度Vmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的速度，记为中值速度Vz。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，在步骤S40之前，步骤S20或步骤S30之后，还包括步骤S00，建立输电线路的水滴收集率数据库，并计算中值比R的上下限值：S01. 建立输电线路的水滴收集率数据库

通过实验或数值计算方法，获得所述输电线路在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β’，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；

S02. 根据步骤S21获得的结冰探测系统的水滴收集率数据库和步骤S01获得的输电线路的水滴收集率数据库，在 ， 范围内，获得

所有相同速度，相同水滴粒径下，输电线路的水滴收集率和结冰探测系统的水滴收集率的比值R’，取R’的最大值和最小值作为中值比的上限中值比R’max和下限中值比R’min。

7.根据权利要求6所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，在步骤S40之后，还包括S50. 根据上限中值比R’max和下限中值比R’min计算输电线路结冰厚度的上限值和下限值，和/或获得输电线路结冰厚度的上下限误差。

8.根据权利要求7所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，所述水滴粒径范围为20‑40微米。

9.根据权利要求8所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，最大速度取值为17m/s。

10.根据权利要求9所述的一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，将各结冰传感器的测得的结冰厚度求取平均值作为结冰探测系统所探测到的结冰厚度。

说明书

一种输电线路的结冰厚度检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及结冰探测技术领域，尤其是涉及一种输电线路的结冰厚度检测方法。

背景技术

[0002] 输电线路结冰是常见的物理现象，严重时可能导致线路断线、倒塔等事故，我国幅员辽阔，地形复杂多变，南方地区，山区比例大，湿度大，结冰现象尤其经常发生。2008 年，南方大部分地区电网遭遇严重的冰冻问题，湖南、贵州等地的电网瘫痪，造成了数以千亿记的损失。

[0003] 为防止或降低输电线路结冰的危害，实时获得线路的结冰状态极其重要，目前的处理方法主要有几种：称重法、倾角法、图像监测法、电容法、覆冰速率计法和光纤法等，称重法基本原理是根据覆冰前后拉力传感器测量值，获得输电线路等值覆冰厚度大小；倾角法根据导线弧垂与比载的关系式，根据弧垂测量值，计算覆冰厚度；图像监测法根据结冰图像识别，获得结冰厚度。但是，这些检测方法往往需要在线路上采用断线安装的方式，安装成本极高，使用和维护等都不方便。

[0004] 目前，也有采用大数据分析的方法，根据影响结冰的参数变化对结冰的影响规律进行研究，建立输电线路结冰的数学模型，根据气象观测站获得的气象等参数，采用上述数学模型预测输电线路结冰。这种方法从理论研究的角度可行，但缺乏实际工程应用价值，原因在于：影响结冰的参数众多，包括风速、水滴粒径、液态水含量、温度、输电线路尺寸、风向等。气象观测站很难精确得到这些参数，尤其是液态水含量和水滴粒径，很难准确获得，导致这种模型无法真正应用；同时，这种方法的实时性也存在较大问题；另外，观察站成本很高，不可能小山头建一个观察站，而山地地区在不同山头之间的这些气象参数往往存在较大差异，因此，这种方法带来的误差太大。

[0005] 因此，针对目前输电线路检测领域缺乏可工程实用的、成本较低的结冰检测方法的问题。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术的技术问题，本申请提供一种输电线路的结冰厚度检测方法。本申请的方法不需要实时测量速度、温度、液态水含量等参数众多参数，简化了测量方法，并且精度较高，适合于工程应用。

[0007] 一种输电线路的结冰厚度检测方法，包括以下步骤：

[0008] S10. 将结冰探测系统设置在待检测的输电线路周围；

[0009] S20. 获取当地的中值水滴粒径Dz和中值速度Vz；

[0010] S30. 在Dz和Vz条件下，获取输电线路的中值水滴收集率β线路中，以及结冰探测系统的中值水滴收集率β系统中，并计算中值比R，R=β线路中/β系统中；

[0011] S40. 实时获取所述结冰探测系统所探测到的结冰厚度H系统，计算得到输电线路的结冰厚度H线路，H线路=RH系统。

[0012] 进一步地，所述结冰探测系统包括支撑主体以及结冰传感器，所述结冰传感器设置在所述支撑主体上，所述支撑主体固定在输电线路周围。

[0013] 进一步地，所述结冰探测系统包括至少三个结冰传感器，所述至少三个结冰传感器绕所述支撑主体的轴线错位设置。

[0014] 进一步地，所述支撑主体为圆柱形。

[0015] 进一步地，所述步骤S20包括：

[0016] S21. 建立结冰探测系统的水滴收集率数据库

[0017] 通过实验或数值计算方法，获得所述结冰探测系统在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；

[0018] S22. 拟合得到每一个速度 下所对应的水滴粒径和水滴收集率的关系曲线，并计算每一个速度 下，最大水滴粒径Dmax和最小水滴粒径Dmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的水滴直径，记为误差均值水滴粒径 ，计算中值水滴粒径Dz：

[0019] ；

[0020] S23. 在中值水滴粒径Dz下，计算最大速度Vmax和最小速度Vmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的速度，记为中值速度Vz。

[0021] 进一步地，在步骤S40之前，步骤S20或步骤S30之后，还包括步骤S00，建立输电线路的水滴收集率数据库，并计算中值比R的上下限值：

[0022] S01. 建立输电线路的水滴收集率数据库

[0023] 通过实验或数值计算方法，获得所述输电线路在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β’，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；

[0024] S02. 根据步骤S21获得的结冰探测系统的水滴收集率数据库和步骤S01获得的输电线路的水滴收集率数据库，在 ， 范围内，获得所有相同速度，相同水滴粒径下，输电线路的水滴收集率和结冰探测系统的水滴收集率的比值R’，取R’的最大值和最小值作为中值比的上限中值比R’max和下限中值比R’min。

[0025] 进一步地，在步骤S40之后，还包括S50. 根据上限中值比R’max和下限中值比R’min计算输电线路结冰厚度的上限值和下限值，和/或获得输电线路结冰厚度的上下限误差。

[0026] 进一步地，所述水滴粒径范围为20‑40微米。

[0027] 进一步地，最大速度取值为17m/s。

[0028] 进一步地，将各结冰传感器的测得的结冰厚度求取平均值作为结冰探测系统所探测到的结冰厚度。

[0029] 采用本申请的一种输电线路的结冰厚度检测方法，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：

[0030] （1）本申请将输电线路的结冰厚度与结冰探测系统的结冰厚度的比值转化为两者中水滴收集率之比，将不影响水滴收集率之比的因素排除，最后只保留了影响结冰的最核心的两个参数进行建模，简化了模型，也避免了实际在探测过程中要探测温度、液态水含量、速度、水滴粒径、海拔等众多参数的情况；

[0031] （2）本申请给出了结合当地大部分地区统计水滴粒径范围以及风速范围，获取中值水滴粒径Dz和中值速度Vz的简化方法，操作简单，能获得较准确的中值比；

[0032] （3）本申请基于模拟计算，获得了在当地水滴粒径范围内和风速范围内的输电线路的结冰厚度和结冰探测系统的结冰厚度的比值，获得中值比的上下限值，从而进一步基于实时检测的结冰探测系统的结冰厚度推算得到的输电线路的结冰厚度的上下限值；

[0033] （4）本申请的方法当建立好模型，获得中值比R，上限中值比R’max和下限中值比R’min后，后续只需通过结冰传感器采集结冰厚度即可通过计算公式直接计算出输电线路上的结冰厚度，并且还能获得测算的误差范围。本申请的方法简单易行，可实现工程应用。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1是本申请实施例1的一种输电线路的结冰厚度检测方法的流程示意图；

[0036] 图2是本申请实施例2的一种输电线路的结冰厚度检测方法的流程示意图；

[0037] 图3是本申请实施例3所获得的结冰探测系统在不同速度下的水滴收集率计算结果；

[0038] 图4是本申请实施例4所获得的输电线路上不同速度下的水滴收集率计算结果；

[0039] 图5是本申请实施例4所获得的输电线路和结冰探测系统在不同速度、水滴粒径下的水滴收集率比。

具体实施方式

[0040] 以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明，本申请方法步骤的标号并非为了限制其顺序，而是为了区分不同的步骤。

[0041] 实施例1

[0042] 一种输电线路的结冰厚度检测方法，其特征在于，如图1所示，包括以下步骤：

[0043] S10. 将结冰探测系统设置在待检测的输电线路周围；

[0044] 所述结冰探测系统包括支撑主体以及结冰传感器，所述结冰传感器设置在所述支撑主体上，所述支撑主体固定在输电线路周围。也就是说，将结冰探测系统设置在输电线路周围，例如输电电杆上，使其与输电线路处于同一结冰环境内，才能通过该结冰环境内的结冰探测系统所探测到的结冰厚度去推测输电线路的结冰厚度。

[0045] 进一步地，所述结冰探测系统包括至少三个结冰传感器，所述至少三个结冰传感器绕所述支撑主体的轴线错位设置，更优选地，支撑主体设置为圆柱形，使得结冰传感器能够置于更接近于输电线路周围环境的环境中，以获得更准确的输电线路结冰情况。

[0046] S20. 获取当地的中值水滴粒径Dz和中值速度Vz，具体包括以下步骤：

[0047] S21. 建立结冰探测系统的水滴收集率数据库

[0048] 通过实验或数值计算方法，获得所述结冰探测系统在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；风速范围考虑当地的最大风速，如果没有风速的历史纪录，通常最大可取17m/s，水滴粒径根据航空适航条例给定，取20μm‑40μm这个范围。

[0049] S22. 拟合得到每一个速度 下所对应的水滴粒径和水滴收集率的关系曲线，并计算每一个速度 下，最大水滴粒径Dmax和最小水滴粒径Dmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的水滴直径，记为误差均值水滴粒径 ，计算中值水滴粒径Dz：

[0050] ；

[0051] 即对于V1 Vn的n个速度下，分别计算在该速度下最大水滴粒径Dmax和最小水滴粒~径Dmin对应的水滴收集率的平均值，即得到n个水滴收集率的平均值，并得到n个对应的水滴直径 ， ，...， ，计算这n个对应的水滴直径的平均值，记为中值水滴粒径Dz；

[0052] 该步骤中计算可以是重新进行数值模拟计算，也可以在步骤S22所拟合得到的最大速度Vmax和最小速度Vmin对应的水滴粒径和水滴收集率的关系曲线上插值计算获得，在此不作具体限定，步骤S23中的计算也一样。

[0053] S23. 在给定的中值水滴粒径Dz下，计算最大速度Vmax和最小速度Vmin对应的水滴收集率的平均值 ，并获取 对应的速度，记为中值速度Vz。

[0054] S30. 在中值水滴粒径Dz和中值速度Vz条件下，获取输电线路的中值水滴收集率β线路中，以及结冰探测系统的中值水滴收集率β系统中，并计算中值比R，R=β线路中/β系统中；

[0055] 该步骤中，在给定Dz和Vz条件下获取输电线路的中值水滴收集率β线路中，可以通过实验或者数值模拟计算的方法获得；结冰探测系统的中值水滴收集率β系统中可以通过实验或者数值模拟计算的方法获得，也可以利用步骤S22所模拟的每一个速度 下所对应的水滴粒径和水滴收集率的关系曲线获得，在此不作具体限定。

[0056] S40. 实时获取所述结冰探测系统所探测到的结冰厚度H系统，计算得到输电线路的结冰厚度H线路，H线路=RH系统。即采用结冰探测系统中的传感器进行结冰厚度探测，当有多个结冰传感器进行探测时，可以将多个结冰传感器所探测到的结冰厚度取平均值，作为H系统。如此，便可以直接利用所计算得到的中值比和实时由设置在输电线路周围与输电线路处于同一结冰环境中的结冰探测系统所探测到的结冰厚度计算出输电线路的结冰厚度。

[0057] 现有技术对于输电线路的结冰厚度检测方法中，根据温度、液态水含量、速度、水滴粒径、海拔等诸多参数建立数学模型，但这些参数实际上很难准确测量，或者代价极高。本申请抓住影响结冰的内在核心因素，基于环境下探测系统和输电线路结冰厚度的比值，转化为水滴收集率之比，将不影响比值的因素排除，建立简化的数据库，实际上只和水滴粒径以及速度两个参数相关，进一步结合中国大部分地区统计水滴粒径以及风速范围内，这两个参数对水滴收集率之比的影响度，建立了简化的中值预测模型，该模型处理简单，更便于实现工程应用。

[0058] 实施例2

[0059] 本实施例与实施例1的区别在于，增加了一个检测的误差范围的获取步骤，参见附图2。

[0060] 在步骤S40之前，步骤S20或步骤S30之后，还包括步骤S00，建立输电线路的水滴收集率数据库，并计算中值比R的上下限值。

[0061] S01. 建立输电线路的水滴收集率数据库

[0062] 通过实验或数值计算方法，获得所述输电线路在不同速度V，不同水滴粒径D条件下的水滴收集率β’，其中， ， ，n和m分别为速度和水滴粒径的取值数量；其中，速度取值涵盖当地主要风速值，水滴粒径范围参考飞机适航条例给出的水滴粒径范围；同样地，风速范围考虑当地的最大风速，如果没有风速的历史纪录，通常最大可取17m/s，水滴粒径根据航空适航条例给定，取20μm‑40μm这个范围。作为优选，该步骤中对速度V的取值以及对水滴粒径D的取值均与步骤S21的取值相同，这样便于后续求取相同速度，相同水滴粒径下的中值比。

[0063] S02. 根据步骤S21获得的结冰探测系统的水滴收集率数据库和步骤S01获得的输电线路的水滴收集率数据库，在 ， 范围内，获得所有相同速度，相同水滴粒径下，输电线路的水滴收集率和结冰探测系统的水滴收集率的比值R’，取R’的最大值和最小值作为中值比的上限中值比R’max和下限中值比R’min。也就是说，比较在相同结冰环境下，输电线路和结冰探测系统中的水滴收集率，用以获取在正常结冰环境下，两者水滴收集率比值的上下限，以判定采用本申请步骤S30所获得的中值比的误差范围。

[0064] 本实施例中，在获取了中值比R，上限中值比R’max，下限中值比R’min和结冰探测系统所探测到的结冰厚度H系统后，可通过计算得到输电线路结冰厚度的上限值和下限值，和/或获得输电线路结冰厚度的上下限误差。计算方法为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。

[0065] 实施例3

[0066] 本实施例采用实施例1的方法，列举了一个具体算例。

[0067] S10. 将一个结冰探测系统设置在待检测的输电线路周围，该结冰探测系统包括一个圆柱形的支撑体，并围绕该支撑体沿轴线错位设置了三个结冰传感器，以探测结冰厚度H系统。

[0068] S20. 获取当地的中值水滴粒径Dz和中值速度Vz

[0069] 本实施例计算了5个速度,分别为5m/s、8m/s、11m/s，14 m/s，17m/s，计算了6个水滴粒径,分别为20μm、24μm、28μm、32μm、36μm、40μm，，通过计算得到不同速度下，水滴收集率和水滴粒径的关系，本实施例计算的水滴数量为21个。

[0070] 对应每一个速度，获得对应水滴粒径和水滴收集率的拟合曲线，如图3所示，水滴粒径的上下限条件下的水滴收集率的平均值对应为误差均值水滴收集率，这个收集率对应的水滴直径取为误差均值水滴粒径，每个速度对应的误差均值水滴粒径进行平均，即为Dz。本实施例中，在计算的5个速度条件下，对应的中值水滴收集率的位置分别为27.6μm、27.7μm、27.8μm、28.1μm、28.3μm，因此，Dz=27.9μm。

[0071] 水滴粒径取为Dz=27.9μm，计算不同速度的水滴收集率，根据速度上限和下限条件下，对应的水滴收集率的平均值，对应的速度即为Vz,在所选速度范围内，Vz=9.9m/s。

[0072] S30. 基于所要探测的输电线路直径，假定其为圆柱形，根据数值计算方法，给定风速为Vz=9.9m/s，水滴粒径为Dz=27.9μm，获得输电线路的中值水滴收集率β线路中，β线路中=0.446;

[0073] 采用数值模拟计算方法获得Vz=9.9m/s，Dz=27.9μm条件下的结冰探测系统的水滴收集率β系统中=0.421，获得输电线路和探测系统的水滴收集率中值比R，其中R=β线路中/β系统中,本案例中，计算得到R=1.06。

[0074] 此时，通过结冰探测系统事实探测到的结冰厚度H系统，即可以计算得到输电线路的结冰厚度H线路，H线路=RH系统。

[0075] 实施例4

[0076] 本实施例基于实施例1，采用实施例2的方法，列举了一个具体算例。

[0077] 还包括步骤S00. 建立输电线路水滴收集率结冰数据库，具体做法：根据数值计算方法，获得对应的输电线路在不同条件下的水滴收集率，如图4所示。

[0078] S50. 在 ， 范围内，获得所有相同速度，相同水滴粒径下，输电线路的水滴收集率和结冰探测系统的水滴收集率的比值R’，如图5所示，取R’的最大值和最小值作为中值比的上限中值比R’max和下限中值比R’min，R’max=
1.11，R’min=1.03；

[0079] 根据R，R’min，R’max可以计算出误差的上下限值，得出输电线路结冰厚度的上下限误差。

[0080] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。