应用图像边缘检测方法在线监测输电线路覆冰厚度研究

常志力

摘要：电力系统的安全、稳定依赖完善的检测技术，智能电网的建设也要依靠完善检测技术的有效支撑。在输变电系统中普遍存在着输电线路覆冰的现象，输电线路一旦覆冰，就有可能导致杆塔倾斜甚至倒塌、导线舞动等一系列问题，会极大地影响人们正常的生产和生活，给国家和人民带来难以估量的经济损失。本文基于浅析架空输电线路导线覆冰在线监测系统展开论述。

关键词：浅析架空输电线路；导线覆冰；在线监测系统

引言

输电线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、倒塔、导线舞动、绝缘子闪络和通讯中断等事故。俄罗斯、加拿大、美国、日本等国家和我国都曾因输电线路覆冰引发电网安全事故,带来了巨大的经济损失,冰雪灾害成已为许多国家的电网面临的共同问题。我国是输电线路覆冰较严重的国家之一,线路冰害事故发生的概率居世界前列,尤其是2008年初发生在我国南方的冰雪灾害给电网带来了巨大的损失。针对我国的覆冰灾害情况,为了减少输电线路覆冰事故的发生,有效保障电力系统安全运行,在加强探索输电线路覆冰机理、有效的防冰除冰方法的同时,还应加强研究大电网覆冰在线监测、预警和诊断方法的研究。目前,检测线路覆冰的方法主要有人工巡视检测、观冰站、模拟覆冰导线等,这些方法存在着劳动强度大、投资高,检测结果和实际出入大等问题。

1输电线路覆冰的危害

冰雪灾害严重威胁着电力系统的正常运行，输电线路覆冰和积雪会导致其机械和电气性能急剧下降，引起绝缘子覆冰闪络、导地线断线、导线舞动、倒塔和电力通信中断等事故。对于输电线路的覆冰监测有着至关重要的意义，准确可靠的输电线路导线覆冰状态监测系统能够有效地指导输电线路导线除冰工作。基于力学模型的称重法计算覆冰厚度是目前国家公认的精确度较高的一种方法，但计算模型较复杂。覆冰导线的弧垂变化、实际覆冰密度与理论密度不同都有可能导致覆冰厚度等效计算误差。同时这种方法的测量结果不能反映绝缘子串的覆冰状况，多参数采集偏差也会导致覆冰厚度的计算误差较大。因此，线路运行部门希望以更为直观的方式观测导线覆冰状况目前南方电网公司管辖的广东、广西、云南、贵州省网和超高压电网，国家电网公司管辖的华东、华中、华北、山西、湖南和福建等地区电网已建立了输电线路覆冰状态监测系统。目前国内用于导线覆冰的监测方法主要有称重法、导线倾角法、图像监测法、覆冰速率计法、模拟导线法以及准分布式光纤法，输电线路一旦覆冰，将会产生诸多难以弥补的危害，严重影响人们的正常生产、生活。

2架空线路覆冰危害

(1)造成杆塔损坏甚至折断。输电线路上的导线覆冰超过一定厚度，会使杆塔压力承载超重，一旦超过临界值，有可能导致杆塔倾斜甚至折断。(2)导线跳跃，短路跳闸，供电中断。在输电线路中，有一些导线是垂直排列的，如果下面的输电导线先行脱落覆冰，会引起下层导线跳跃，造成供电系统短路，形成跳闸，供电就会中断，影响人们的正常生产、生活。(3)导线下垂，引发接地事故。一般遭受覆冰灾害时，输电线路不同导线段的覆冰厚度是不同的，这样就会引起导线不同程度的下垂，绝缘子串将会随之倾斜，有可能引发接地事故。

3国内外覆冰在线监测装置技术比较

（1）图像等效判别法，在杆塔上安装视频装置,拍摄导线上的覆冰形状,利用GPRSCDMA或自建无线数据接力传输系统等方式将图片传输到后台,利用导线固有的几何尺寸,采用微积分的方法计算覆冰面积,再换算到等效覆冰厚度。这种方法简单易行,但不能真实反映导线等值覆冰状况,例如:导线不同部位覆冰的不均匀性,冰的密度(0.9g/cm3)换算等。（2）测量导线应力换算冰的质量在悬垂线夹附近的导线上安装倾角传感器,监测导线倾角的变化,对应导线弧垂与温度的变化曲线,对比角度差,计算导线应力的增加量,得出覆冰的质量,在等效换算到等值覆冰厚度。这种方法的关键数据是导线弧垂与温度的变化曲线受很多因素制约,稍有误差,覆冰质量就相差很大。

4架空输电线路导线覆冰在线监测的意义

南方电网作为我国重要的电力公司，自2008年1月以来，特别是在一些特殊区段输电线路覆冰故障大幅上升。由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆、断线及跳闸事故频繁发生。尤其2008年1-2月，我国南方电网出现了持续较长时间的大范围雨雪冰冻天气，造成1252条110～500kV线路倒塔7377基、受损3092基，13888条10～35kV线路故障停运。架空输电线路导线覆冰故障为我国电网正常运行以及电力设备带来了极大的阻碍，2008年我国南方大范围冰雪灾害中，全国直接经济损失超过了1000亿元，因此开展输电线路覆冰预警技术的研究有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害。

5架空输电线路导线覆冰在线监测系统

视频监测法，若存在导线覆冰的问题，可以直接通过视频拍摄的技术手段，将其数据传输到信息管理平台当中，通过数学工具以及数据手段，将视频监测技术到的覆冰数据进行详细的测算。视频监测技术主要的技术内容，便是通过摄影机信息采集的手段，合理的采集覆冰图像、把控覆冰厚度，并且通过分组无线电业务手段，将数据信息发送到输电线路导线覆冰控制处理中心，结合实际情况开展相应的问题处理。在线监测输电线路覆冰厚度原理，提出了一种最为新颖的输电线路导线与绝缘子覆冰厚度的检测方法，其主要的内容便是利用安装在高压铁塔上所安装的摄影机和图像采集卡的手段，来获取导线和绝缘子覆盖图像，并且针对图像进行实时处理，并合理的提取便捷轮廓，以便于科学合理的测量导线与绝缘子上冰层厚度。作为一种先进技术手段，视频监测技术具有直观性、操作简单性。但是若遇到覆冰导致的摄像头遮挡的现象，那么视频监测技术开展也会较为困难。

结束语

电网输电的可靠性在很大程度上取决于输电线路工作状态的可靠性。架空输电线路长期运行于露天条件下，受风、雨、冰、雷电等自然条件影响较大，其工作状态不能得到保证。尤其当发生风偏和舞动等异常状态时，线路可能发生闪络、跳闸，甚至倒塔等事故。我国幅员辽阔，气候多变，风偏和舞动异常状态发生规律和内在机理各异。尤其近年来，受全球气候环境变化影响，沿海地区气候的雨量、日照强度、风力风向和温湿度等气候条件与内陆地区气候差异逐年加大，沿海地区线路的风偏、舞动状态的表现程度与发生概率无法参考内陆地区相关数据。为了快速、有效地查询事故原因、降低线路事故造成的经济损失、准确地对事故进行预警、详实地提供输电线路设计及技术改造的科学数据和理论依据，有必要对沿海地区线路舞动情况进行在线监测研究。

参考文献

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