[發明專利]輸電線路覆冰厚度監測方法

有效

• 申請號: 201310405543.7
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103453867A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馮駿;王震宇;趙云峰
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司東臺市供電公司
• 主分類號: G01B21/08
• 分類號: G01B21/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

1.一種輸電線路覆冰厚度監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）獲取輸電線路沿線的歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環境資料，并存入數據庫中；所述歷史氣象資料包括氣溫、風速、相對濕度、降水量；所述歷史覆冰情況資料包括覆冰厚度、覆冰類型、覆冰重量以及各覆冰類型的外形特征、密度，所述覆冰類型是指附著在輸電線路上的不同冰塊，包括雨凇、混合淞、軟霧凇以及白霜，在不同氣象條件及地理環境下產生不同類型的覆冰；所述地理環境資料包括輸電線路沿線的海拔；將歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環境資料建立一一對應關系，即處于某一海拔的輸電線路，在氣溫、風速、相對濕度、降水量一定情況下，產生的覆冰情況，所述覆冰情況指覆冰的厚度、類型、重量；

（2）設定覆冰監測起始日期和覆冰監測結束日期，獲取當前日期，將其與覆冰監測起始日期及覆冰監測結束日期進行比較，如果當前日期處于覆冰起始日期及覆冰結束日期之間，則啟動輸電線路覆冰厚度監測，執行步驟（4），否則進入步驟（3）；

（3）獲取當前氣象資料以及地理環境資料，所述氣象資料包括氣溫、風速、相對濕度、降水量，所述地理環境資料包括海拔；將當前氣象資料以及地理環境資料與數據庫中存儲的歷史氣象資料及地理環境資料進行對比，確定當前氣象及地理環境條件下，輸電線路是否有覆冰的可能，即當前氣象及地理環境條件下，在歷史數據中是否有覆冰記錄記載；如果有覆冰記錄記載，則進入步驟（4）；否則停止監測；

（4）由數字型號處理器DSP驅動安裝在鐵塔上的成像模塊獲取輸電線路的圖像，所述成像模塊為CCD傳感器；將獲取的圖像經過編解碼模塊轉換成數字信號，并通過通信模塊傳輸給數字信號處理器DSP，由數字信號處理器對已經轉換成數字信號的圖像進行灰度處理、使用中值濾波算法對圖像進行增強，再根據基于水平集方法的Snake模型算法對圖像進行二維分割，提取圖像的形狀特征；

（5）運用形狀匹配算法將所提取到的圖像的形狀特征與預先獲取并存儲在數據庫中的各覆冰類型的外形特征進行比較，確定當前輸電線路上的覆冰的覆冰類型；如果所提取圖像的形狀特征與預先獲取的各覆冰類型的外形特征都無法匹配，則當前輸電線路無覆冰，返回步驟（4）；

（6）根據覆冰類型獲取當前輸電線路上的覆冰的密度，如果覆冰類型為雨凇，則密度0.8-0.9g/cm³，覆冰類型為混合淞，則密度為0.6-0.8g/cm³，覆冰類型為霧凇，則密度為0.3-0.6g/cm³，覆冰類型為白霜，則密度為0.1-0.3g/cm³；

（7）利用風速傳感器獲取當前的風速，利用溫度傳感器獲取當前的冰面溫度和環境溫度，并獲取當前的降水率；將覆冰密度帶入覆冰厚度計算公式，計算覆冰厚度：

t_i+1時刻的覆冰厚度計算公式如下：

bi+1=bi+Ri2+Δmi/(ρiπ)-Ri,]]>

那么計算從開始產生覆冰時到當前時刻T的覆冰厚度，此時，該時間段長度為T，每隔時長L測算一次，則共測算T/L次，由于每種覆冰類型的覆冰密度不是定值，則覆冰厚度關于變量覆冰密度ρ_i的公式為：

B1=Σi=0T/L(b0+Ri2+Δmi/(ρiπ)-Ri),]]>

由此可以得到覆冰密度：

B=∫z1z2[Σi=0T/L(b0+Ri2+Δmi/(ρiπ)-Ri)]z2-z1]]>

其中：b₀的初始值為0，z₁＜ρ_i＜z₂，Δm_i為從t_i到t_i+1的時間段內覆冰增長量；R_i為t_i時刻覆冰厚度，R_i＝b_i+R₀，R₀為輸電線路原始半徑；

Δm_i＝2R_iα₁α₂α₃w_iv_iΔt_i，

其中：α₁為碰撞系數，α₂為捕獲系數，α₃為凍結系數；v_i為t_i時刻的風速，w_i為t_i時刻的液態水含量，P_i為t_i時刻降水率，即t_i時刻所在的某一時間區段的降水率；

α₁的計算公式如下：

其中，K＝ρ_ωa²v/9μD，Re＝ρ_aav/μ；μ為空氣粘滯系數，ρ_w為水滴密度，ρ_a為空氣密度，a為水滴中值體積直徑，v為風速；

α₂的計算公式如下：

α₂＝1/(1+1.64μ/va)，其中μ為空氣粘滯系數，v為風速，a為水滴中值體積直徑；

α₃的計算公式如下：

α3=[2Rwvα1α2Lf+Rhfrcv2/Ca+Rα1α2wv3-2πR(hf+hn)(Ts-Ta)-2πRxe(Ts)+2πRxe(Ta)-2πRϵσ(Ts4-Ta4)-2Rα1wvcwTF(TF-Ta)-2Rα1wvcw(Ts-Ta)]/[2Rwvα1α2ci(TF-Ts)(TF-Ts)/2+2Rα1wvcw(Ts-Ta)],]]>

其中：w為液態水含量，v為風速，e(T)為溫度T時覆冰表面飽和水汽壓，R_x為蒸發系數，R為導線單位長度電阻率，L_f＝3.34×10⁵J/kg，r_c＝0.79，c_a＝1014J/(kg·k)，c_i為冰在膜溫度下的比熱容，單位J/(kg·k)，T_s，T_a分別為冰面溫度和環境溫度，單位℃，T_F為水滴凝固態溫度，c_w＝4220J/(kg·k)，ε＝0.95，σ＝5.67×10^-8W/(m²·k⁴)，h_a，h_f為自然對流和強制對流換熱系數，單位J(m²·k)。