耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备和介质与流程

1.本发明涉及输电线路覆冰在线监测技术领域，尤其是涉及一种耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备和介质。


背景技术：

2.社会生产生活、经济增长都离不开电力。可以说，电力支撑起了现代文明的形成与发展，而稳定的电力传输又是推动经济持续发展的关键。但覆冰作为一种自然灾害，在寒冬季节却时刻威胁着电力传输的稳定，尤其是在冬季潮湿的南方地区。
3.严重的覆冰可能导致绝缘子冰闪、金具损坏、线断塔倒，甚至会造成一个片区甚至一定区域内电网瘫痪。为保障电网稳定运行，需要在寒冬季节对导线进行实时覆冰监测。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备和介质，以解决在寒冬季节难以对导线进行实时覆冰监测的问题。
5.一种耐张塔导线覆冰厚度的监测方法，所述方法包括：
6.获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；其中，所述实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，所述监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数；
7.基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；
8.若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；
9.根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；
10.根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
11.在其中一个实施例中，所述基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰，包括：
12.若所述微气象数数据中的实时温度小于0
°
，且实时空气湿度大于80％，且所述实时总拉力大于所述平均总拉力时，则判断耐张塔导线当前存在覆冰。
13.在其中一个实施例中，计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力的公式为：
14.w0＝(f
1-f0)
×
cosα
15.w1＝(f
1-f0)
×
sinα
16.上式中，w0为所述净重，w1为所述水平张力，f1为所述实时总拉力，f0为所述平均总
拉力，α为所述倾斜角度。
17.在其中一个实施例中，当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0018][0019]
上式中，l1为相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的总长度，π为圆周率，r0为所述导线半径，g0为重力加速度，sh为双曲正弦函数，d1为所述水平距离。
[0020]
在其中一个实施例中，当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，计算耐张塔导线的覆冰厚度公式为：
[0021][0022]
上式中，h1为的相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的覆冰厚度，w0为所述净重，ρ为所述覆冰密度，n0为所述导线分裂数。
[0023]
在其中一个实施例中，当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0024][0025]
上式中，l2为相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的总长度，h0为所述垂直距离。
[0026]
在其中一个实施例中，当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0027][0028]
上式中，h2为的相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的覆冰厚度，w0为所述净重，ρ为所述覆冰密度，n0为所述导线分裂数。
[0029]
一种耐张塔导线覆冰厚度的监测装置，所述装置包括：
[0030]
数据获取模块，用于获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；其中，所述实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，所述监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数；
[0031]
覆冰厚度计算模块，用于基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
[0032]
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，
使得所述处理器执行上述耐张塔导线覆冰厚度的监测方法的步骤。
[0033]
一种耐张塔导线覆冰厚度的监测设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述耐张塔导线覆冰厚度的监测方法的步骤。
[0034]
本发明提供了耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备和介质，本发明首先进行数据获取，包括获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据。接着进行计算，包括基于微气象数据，和实时总拉力与平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据实时总拉力、平均总拉力及倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据导线半径、水平张力、水平距离和/或垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据净重、覆冰密度、总长度、导线半径及导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。综合上述数据的计算可以精确的推导出导线的覆冰厚度。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中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。
[0036]
其中：
[0037]
图1为一个实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测方法的流程示意图；
[0038]
图2为一个实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测装置的结构示意图；
[0039]
图3为一个实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测设备的结构框图。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
如图1所示，图1为一个实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测方法的流程示意图，本实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测方法提供的步骤包括：
[0042]
s101，获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据。
[0043]
其中，监测基础数据是一些预先可获知的数据，这部分数据一般不会随着时间的变化而变化。本实施例中的监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数。
[0044]
可选的，可先获取耐张塔的型号，并在数据库中输入该型号以查询到相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、导线半径和导线分裂数等数据。进一步的，可通过查找历史图表的方式获取到耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力。
[0045]
可选的，可先根据我国历史导线覆冰类型分布图或覆冰在线监测终端上传的线路覆冰照片判断线路上的覆冰类型，再选取适当的覆冰密度。示例性的，如果覆冰类型为雨
凇，则覆冰密度取0.85g/cm3；如果覆冰类型为雾凇，则覆冰密度取0.25g/cm3；如果覆冰类型为混合凇，则覆冰密度取值0.6-0.9g/cm3。
[0046]
而实时监测数据是基于监测需求而实时测定的，这部分数据会随着时间的变化而变化，本实施例中的实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，这些实时监测数据可通过设置于耐张塔上的传感器实时检测得到。
[0047]
s102，基于微气象数据，和实时总拉力与平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰。若耐张塔导线当前存在覆冰，则执行s103。
[0048]
在一个具体实施例中，通过如下的方式来确定当前是否存在覆冰：
[0049]
若微气象数数据中的实时温度小于0
°
，且实时空气湿度大于80％，且实时总拉力大于平均总拉力时，则判断耐张塔导线当前存在覆冰。当然，若不满足其中任意一个条件，则判断耐张塔导线当前不存在覆冰。
[0050]
因为若不满足“实时温度小于0
°
，且实时空气湿度大于80％”的条件，则表明当前环境下还不具备形成覆冰的物理条件，此时不可能存在覆冰。若不满足“实时总拉力大于平均总拉力”的条件，则表明当前必然还未形成足够的覆冰，可以认为当前不存在覆冰或覆冰可以基本忽略不计，后续没有监测覆冰厚度的必要。当然，这里微气象数据的判断基准是可以实际情况自行设定，并不限定。
[0051]
s103，根据实时总拉力、平均总拉力及倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力。
[0052]
在一个具体实施例中，计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力的公式为：
[0053]
w0＝(f
1-f0)
×
cosα
[0054]
w1＝(f
1-f0)
×
sinα
[0055]
上式中，w0为耐张塔导线在垂直方向上的净重；w1为耐张塔导线在垂直方向上的水平张力；f1为实时总拉力，单位为kg；f0为平均总拉力，单位为kg；α为耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度。
[0056]
s104，根据导线半径、水平张力、水平距离和/或垂直距离计算耐张塔导线的总长度。
[0057]
相邻耐张塔之间的垂直高度存在两种情况，其一为相邻耐张塔之间的垂直高度相同，其二为相邻耐张塔之间的垂直高度不同，而这两种情况下计算出的耐张塔导线的总长度是不同的。因此下面在耐张塔导线的总长度时，分情况讨论。
[0058]
可选的，当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，可采用悬链线公式计算总长度，其基本形式为：
[0059][0060][0061]
上式中，l为总长度，w为水平张力，γ0为载比，r导线半径，d为相邻耐张塔之间的
水平距离，g为重力加速度，π为圆周率。
[0062]
通过联立上面两式并带入实际的参数，最终可得到计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0063][0064]
上式中，l1为相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的总长度，π为圆周率，r0为导线半径，g0为重力加速度，sh为双曲正弦函数，d1为相邻耐张塔之间的水平距离。
[0065]
可选的，当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，由于相邻耐张塔之间可能存在高差，所以不等高线路的线长大于等高的线长，可由弧长微积分公式进一步计算，最终计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0066][0067][0068]
上式中，l2为相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的总长度，h0为相邻耐张塔之间的垂直距离。
[0069]
s105，根据净重、覆冰密度、总长度、导线半径及导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
[0070]
同理，耐张塔导线的覆冰厚度的计算方式也存在两种情况，因此下面分情况进行讨论。
[0071]
当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，计算耐张塔导线的覆冰厚度公式为：
[0072][0073]
上式中，h1为的相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的覆冰厚度，单位为毫米；1000用于单位换算；w0为净重；ρ为覆冰密度；n0为导线分裂数。2πr0×
l1×
n0指示导线表面积，指示重量，单位为kg。
[0074]
对上式进行整理，最终得到：
[0075][0076]
当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：
[0077][0078]
上式中，h2为的相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的覆冰厚度，单位为毫米；w0为净重；ρ为覆冰密度；n0为导线分裂数。
[0079]
在一个实施例中，如图2所示，提出了一种耐张塔导线覆冰厚度的监测装置，该装
置包括：
[0080]
数据获取模块201，用于获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；其中，所述实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，所述监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数；
[0081]
覆冰厚度计算模块202，用于基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
[0082]
图3示出了一个实施例中耐张塔导线覆冰厚度的监测设备的内部结构图。如图3所示，该耐张塔导线覆冰厚度的监测设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该耐张塔导线覆冰厚度的监测设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现耐张塔导线覆冰厚度的监测方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行耐张塔导线覆冰厚度的监测方法。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的耐张塔导线覆冰厚度的监测设备的限定，具体的耐张塔导线覆冰厚度的监测设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0083]
一种耐张塔导线覆冰厚度的监测设备，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上执行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现如下步骤：获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
[0084]
一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。
[0085]
需要说明的是，上述耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备及计算机可读存储介质属于一个总的发明构思，耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备及计算机可读
存储介质实施例中的内容可相互适用。
[0086]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0087]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0088]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种耐张塔导线覆冰厚度的监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；其中，所述实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，所述监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数；基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰，包括：若所述微气象数数据中的实时温度小于0
°
，且实时空气湿度大于80％，且所述实时总拉力大于所述平均总拉力时，则判断耐张塔导线当前存在覆冰。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力的公式为：w0＝(f
1-f0)
×
cosαw1＝(f
1-f0)
×
sinα上式中，w0为所述净重，w1为所述水平张力，f1为所述实时总拉力，f0为所述平均总拉力，α为所述倾斜角度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：上式中，l1为相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的总长度，π为圆周率，r0为所述导线半径，g0为重力加速度，sh为双曲正弦函数，d1为所述水平距离。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当相邻耐张塔之间的垂直高度相等时，计算耐张塔导线的覆冰厚度公式为：上式中，h1为的相邻耐张塔之间的垂直高度相等时耐张塔导线的覆冰厚度，w0为所述净重,ρ为所述覆冰密度，n0为所述导线分裂数。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：
上式中，l2为相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的总长度，h0为所述垂直距离。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时，计算耐张塔导线的总长度的公式为：上式中，h2为的相邻耐张塔之间的垂直高度不相等时耐张塔导线的覆冰厚度，w0为所述净重,ρ为所述覆冰密度，n0为所述导线分裂数。8.一种耐张塔导线覆冰厚度的监测装置，其特征在于，所述装置包括：数据获取模块，用于获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据；其中，所述实时监测数据包括耐张塔导线的实时总拉力、耐张塔上绝缘子相较于垂直方向的倾斜角度及微气象数据，所述监测基础数据包括耐张塔导线在无覆冰期的平均总拉力、相邻耐张塔之间的水平距离和垂直距离、覆冰密度、导线半径和导线分裂数；覆冰厚度计算模块，用于基于所述微气象数据，和所述实时总拉力与所述平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据所述实时总拉力、所述平均总拉力及所述倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据所述导线半径、所述水平张力、所述水平距离和/或所述垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据所述净重、所述覆冰密度、所述总长度、所述导线半径及所述导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。10.一种耐张塔导线覆冰厚度的监测设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种耐张塔导线覆冰厚度的监测方法、装置、设备和介质，包括：首先进行数据获取，包括获取监测基础数据和耐张塔在当前监测时刻的实时监测数据。接着进行计算，包括基于微气象数据，和实时总拉力与平均总拉力之间的大小比较关系判断耐张塔导线当前是否存在覆冰；若耐张塔导线当前存在覆冰，则根据实时总拉力、平均总拉力及倾斜角度计算耐张塔导线在垂直方向上的净重及水平张力；根据导线半径、水平张力、水平距离和/或垂直距离计算耐张塔导线的总长度；根据净重、覆冰密度、总长度、导线半径及导线分裂数计算耐张塔导线的覆冰厚度。综合上述数据的计算可以精确的推导出导线的覆冰厚度。线的覆冰厚度。线的覆冰厚度。


技术研发人员：马御棠 周仿荣 刘国瑞 马仪 朱梦梦 潘浩 耿浩 曹俊 杨莉 黄绪勇
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/1/6