一种架空输电线路温度场监测应用方法及装置

技术领域

本发明属于输电线路温度监测技术领域，特别涉及一种架空输电线路温度场监测应用方法及装置。

背景技术

架空输电线路的热稳限值是基于严苛气象环境测定的，但实际运行中严苛环境的出现往往是小概率事件。考虑导线允许载流能力随温度下降而上升，在光伏大发的冬春季，可有效发掘低温下输电设备过负荷潜力。充分利用输电设备在线监测装置提供的风速风向、日照强度、振动、环境温度等信息和设备状态实时监测数据，基于模型测算可以实现输电设备载流能力自适应动态提升。

架空输电线路通过一定的电流或受到较强的日照时会产生温升。当导线吸收的热量等于散发的热量时，就达到了热稳定，导线的温度也就达到了相对稳定的状态。当导线的允许温度一定时，其载流量受日照强度、风速风向和环境温度等因素的影响。如果对导线的温度进行在线实时监测并结合其它测速数据就能够准确计算导线的最大载流量，从而实现输电设备负载能力的动态增容。

综上，亟需一种新的应用于架空输电线路动态增容的温度场监测方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种架空输电线路温度场监测应用方法及装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够判断获得现场温度情况下可以为导线增加多少输送容量，从而对导线的载流量进行实时动态调节，有利于动态安排电网的潮流分配。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种架空输电线路温度场监测应用方法，包括以下步骤：

获取导线的状态感知信息，所述状态感知信息包括温度场、环境温度、风向风速、流场；

根据获得的状态感知信息，计算获得导线在当前温度下允许的最大载流量；

将计算获得的最大载流量与测量获得的实时载流量进行比较，获得能够为导线增加的输送容量。

本发明的进一步改进在于，所述根据获得的状态感知信息，计算获得导线在当前温度下允许的最大载流量的步骤具体包括：

导线表面温度为T

R(T

式中，R

导线接受日照吸热为：

Q

式中，α为导线表面的吸热系数；D为导线的直径；S为日照辐射强度；

等效风速为：

式中，V

雷诺数为：

Re＝1.644*10

欧拉数为：

E

空气对流散热为：

Q

式中，λ为与导线相接触的空气膜导热系数；

导线辐射散热为：

Qr＝πεDσ[T

式中，ε为导线表面的辐射系数；σ为斯蒂芬-包耳兹曼常数；T

导线在当前温度下允许的最大载流量为：

本发明的进一步改进在于，导线的横截面小于等于400mm

本发明的一种架空输电线路温度场监测应用装置，包括：

状态感知部，用于获取导线的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括温度场、环境温度、风向风速、流场；

监测后台，用于根据获得的状态感知信息，计算获得导线在当前温度下允许的最大载流量；将计算获得的最大载流量与测量获得的实时载流量进行比较，获得能够为导线增加的输送容量。

本发明的进一步改进在于，还包括：

固定部，用于将所述监测装置固定安装于待监测架空输电线路。

本发明的进一步改进在于，还包括：

罩壳，包括第一罩壳和第二罩壳；其中，第一罩壳与第二罩壳一侧铰接，另一侧通过卡扣连接；

所述固定部固定设置于第一罩壳或第二罩壳的内壁；所述固定部包括第一导线固定夹和第二导线固定夹。

本发明的进一步改进在于，所述状态感知部包括：第一红外光摄像头、第二红外光摄像头、第三红外光摄像头、第四红外光摄像头、第一流量计、第二流量计、热敏电阻温度传感器和风速风向传感器；

其中，第一红外光摄像头、第二红外光摄像头、第一流量计固定设置于第一罩壳的内壁，第三红外光摄像头、第四红外光摄像头、第二流量计固定设置于第二罩壳的内壁；其中，第一罩壳设置的红外光摄像头、流量计与第二罩壳设置的红外光摄像头、流量计关于待测架空输电线路导线对称；

热敏电阻温度传感器和风速风向传感器固定设置于第一罩壳或第二罩壳的外壁。

本发明的进一步改进在于，第一罩壳和第二罩壳均为空心的半球形罩壳。

本发明的进一步改进在于，还包括：

信号发送部，用于将所述状态感知部获得的状态感知信息传递给所述监测后台；所述信号发送部包括LoRa通信模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法通过对导线的温度场、环境温度、风向风速以及附近流场进行监测，基于状态感知信息在后台计算出导线在当前温度下允许的最大载流量，然后用测得的导线实时载流量与其进行比较，能够判断现场温度情况下可以为导线增加多少输送容量，从而对导线的载流量进行实时动态调节，有利于动态安排电网的潮流分配。

本发明的装置包括罩壳、固定部、状态感知部、信号发送部及监测后台；状态感知部安装在罩壳上，可以对导线的温度场、环境温度、风向风速以及附近流场进行监测，状态感知信息通过LoRa通信模块传输到监测后台，并在监测后台计算出导线在当前温度下允许的最大载流量，然后用测得的导线实时载流量与其进行比较，判断现场温度情况下可以为导线增加多少输送容量，从而对导线的载流量进行实时动态调节，有利于动态安排电网的潮流分配。

附图说明

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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。

图1是本发明实施例的一种架空输电线路温度场监测应用装置的安装示意图；

图2是本发明实施例的一种架空输电线路温度场监测应用装置的展开总体结构示意图；

图3是本发明实施例中，第一罩壳的内壁结构示意图；

图4是本发明实施例中，第一罩壳的外壁结构示意图；

图5是本发明实施例中，第二罩壳的内壁结构示意图；

图6是本发明实施例的一种架空输电线路温度场监测装置的硬件原理示意图；

图7是本发明实施例的一种架空输电线路温度场监测应用方法的计算流程示意图；

图1至图7中，

1、第一罩壳；1-1、第一红外光摄像头；1-2、第二红外光摄像头；1-3、第一流量计；1-4、热敏电阻温度传感器；1-5、风速风向传感器；

2、第二罩壳；2-1、第三红外光摄像头；2-2、第四红外光摄像头；2-3、第二流量计；2-4、LoRa通信模块；

3、第一卡扣；

4、第二卡扣；

5、第一导线固定夹；

6、第二导线固定夹。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图6，本发明实施例的一种架空输电线路温度场监测应用装置，包括：罩壳、固定部、状态感知部、信号发送部及监测后台。

本发明实施例中，固定部包括第一导线固定夹5和第二导线固定夹6，用于将导线固定在所述监测装置的罩壳内；其中，可以是一左一右两个固定夹。

请参阅图2至图5，本发明优选实施例中，所述罩壳包括第一罩壳1和第二罩壳2；第一罩壳1和第二罩壳2分别为两个空心的半球形罩壳，第一罩壳1与第二罩壳2一边用螺丝连接起来，另一边安装第一卡扣3与第二卡扣4，以便安装在架空输电线路上。

所述固定部由第一导线固定夹5和第二导线固定夹6组成，从两边将导线固定在本发明的装置中，以便对其进行监测。

本发明又一实施例中，状态感知部包括安装在罩壳内壁上的第一红外光摄像头1-1、第二红外光摄像头1-2、第三红外光摄像头2-1、第四红外光摄像头2-2、第一流量计1-3、第二流量计2-3，以及安装在第一罩壳1外壁上的热敏电阻温度传感器1-4和风速风向传感器1-5。具体地，红外光摄像头上的红外灯发出红外线照射物体，红外线漫反射，被监控摄像头接收，形成视频图像。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。物体温度不同，其辐射出的红外线能量不同，温度越高，辐射出的红外线能量越大。四个红外光摄像头分布在不同位置，可以全面的探测导线的温度场。

本发明实施例中，输电导线通电会产生温升，导致导线附近的温度场发生变化，根据导线所反射的红外线能量来得到导线的温度场信息，第一罩壳1、第二罩壳2分别放置两个红外光摄像头并对称安装可以更加准确的探测导线周围的温度场变化，从而得到导线表面温度T

流量计可以采用时差法，利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测其在介质中的顺流和逆流传播时间来测量流体的流速，再通过流速来计算流量。两个流量计可以更加全面的探测分析导线附近的流场，得到导线的实时载流量。

热敏电阻温度传感器1-4利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性，根据传感器的热敏电阻变化与温度的对应关系可以测量出环境的温度，即获得环境温度T

风速风向传感器1-5可以利用超声波时差法来实现风速的测量，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速V和风向角

请参阅图3至图5，本发明优选实施例中，所述状态感知部中，在第一罩壳1的内壁上安装第一红外光摄像头1-1、第二红外光摄像头1-2和第一流量计1-3；在第一罩壳1外壁上安装热敏电阻温度传感器1-4和风速风向传感器1-5；在第二罩壳2内壁与第一罩壳1对称安装第三红外光摄像头2-1、第四红外光摄像头2-2和第二流量计2-3。

本发明又一实施例中，所述信号发送部通过LoRa通信模块2-4将收集到的状态感知信息发送至监测后台，所述监测后台可以是杆塔上的主机。

请参阅图6，本发明实施例中，所述信号发送部由LoRa通信模块2-4组成，状态感知部通过LoRa通信模块2-4将测得的状态感知信息传输到安装在杆塔上的主机监测后台中，并在后台完成如下所述对导线在当前温度下允许的最大载流量的计算。

请参阅图7，所述监测后台中用所测得的导线实时载流量与导线在当前温度下允许的最大载流量I进行比较，判断当前温度情况下可以为导线增加多少输送容量，从而完成输电导线的动态增容。本发明实施例中，所述监测后台设置的计算导线在当前温度下允许的最大载流量的方法，包括以下步骤：

导线表面温度为T

R(Tc)＝(1+k)R

式中，R

导线接受日照吸热为：

Q

式中，α为导线表面的吸热系数，取决于导线金属型号及导线老化和氧化的成都，对光亮新线取值为0.23～0.43，对旧线或涂黑色防腐剂的导线取值为0.90～0.95；D为导线的直径；S为日照辐射强度，根据我国的设计规程，通常将日照辐射设定为1000W/m

在导线材料与横截面积确定的情况下，将一些已经确定的参数存储到监测后台中，即可计算得出R(T

根据导线温度跃迁规律，约2分钟内达到稳态，因此每2分钟测得一次等效风速。

等效风速为：

式中，V

雷诺数为：

Re＝1.644*10

欧拉数为：

Eu＝0.65Re

空气对流散热为：

Q

式中，λ为与导线相接触的空气膜导热系数，假定为0.02585W/(m*K)。

导线辐射散热为：

Q

式中，ε为导线表面的辐射系数，取值一般与前述的吸热系数相同；σ为斯蒂芬-包耳兹曼常数，取值为5.67*10

当输电导线稳定在一定数值时，导线获热功率与散热功率便达到了稳态平衡，根据导线的热平衡公式可得导线在当前温度下允许的最大载流量为：

在后台用按上述方法计算出导线在当前温度下允许的最大载流量，用导线的实时载流量与其进行比较，并判断可以为导线增加多少输送容量，从而完成输电导线的动态增容计算。

综上所述，本发明实施例公开了一种应用于输电导线动态增容的温度场监测装置和方法，所述装置包括罩壳、固定部、状态感知部、信号发送部及监测后台；固定部分为左右两个夹子，将装置固定在架空输电线路上。状态感知部分安装在罩壳上，可以对导线的温度场、环境温度、风向风速以及附近流场进行监测，状态感知信息通过LoRa通信模块传输到监测后台，并在监测后台计算出导线在当前温度下允许的最大载流量，然后用测得的导线实时载流量与其进行比较，判断现场温度情况下可以为导线增加多少输送容量，从而对导线的载流量进行实时动态调节，有利于动态安排电网的潮流分配。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。