基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法及装置

1.本发明属于高电压技术领域，尤其涉及一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法及装置。


背景技术：

2.风偏是指输电线路导线在风的作用下偏离其垂直位置的现象，主要包括跳线风偏、相间风偏以及绝缘子风偏。导线的风偏和舞动有所不同。在风速过大或者过小的情况下，导线一般不发生舞动；而对于风偏，风速越大的时候，风偏现象就会越严重。
3.风偏会导致线间或线塔间的距离过小，进而导致闪络或跳闸故障。由于风的连续性，风偏闪络跳闸后一般无法成功重合闸，从而导致线路的停运。2005年至2011年间，全国110kv及以上输电线路共发生风偏跳闸750余条次，仅河南省的500kv线路在近10年发生风偏跳闸20余次，给电力系统的安全运行带来了巨大危害。
4.目前针对架空输电线路风偏的在线监测方法主要为在导线上安装运动传感器，上述方法存在着需要传感器数量多、安装维护需停电操作、监测装置供电困难等问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法，解决了现有方法涉及到的传感器较多，成本高且安装困难的问题，同时解决了现有方法计算原理复杂，并且在传感器故障时会影响线路正常运行的技术问题，能够通过地线电磁信号和导线电流的信息判断线路的空间位置，同时无需额外电源，可实现自供电地对线路空间位置进行在线监测，并且安装的装置体积小、故障代价低，发生故障的时候不影响线路正常运行。本技术提出的基于分段绝缘地线上的感应电压或opgw上的感应电流变化情况来判断输电导线的风偏情况监测方法，原理简单，成本低，并且安装维修简便，可行性高。
7.本发明的第二个目的在于提出一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置。
8.本技术的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
9.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法，包括：在架空线路地线上安装电压监测装置或电流监测装置，结合配套的数据处理和通信模块，实时监测地线上的感应电压或感应电流；基于所述感应电压或感应电流值，将变化前后的地线感应电压或感应电流值发送至数据处理端；根据线路运行电流大小及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导线、地线间的互感变化情况，基于导、地线间的互感变化情况反推导线的空间位置变化情况；根据所述导线空间位置变化情况反推线路风偏情况，并在所述风偏情况超过阈值时发出警报。
10.本发明实施例提出的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法，不仅可以利用地线上的电压或电流信号对线路进行监测，还可以利用其对监测装置进行供电，实现自供电甚至可以给别的装置供电的目标。
11.另外，根据本发明上述实施例的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法还可以具有以下附加的技术特征：
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，结合线路运行电流大小变化情况以及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导、地线间的互感变化情况，基于此进一步反推导线空间位置变化情况，包括：
13.基于监测到的地线电压或电流变化情况来分析判断导、地线间的互感变化情况；
14.根据导、地线间的互感变化情况反推导、地线间的距离变化情况；
15.根据导、地线间的距离变化情况进一步细化得到导线的空间位置变化情况。
16.进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述导线风偏情况进行判断，当导线最大偏移量超过预设阈值时发出警报。
17.为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置，其特征在于，包括以下模块：监测模块，用于在架空线路地线上安装电压监测装置或电流监测装置，结合配套的数据处理和通信模块，实时监测地线上的感应电压或感应电流；采集模块，用于基于所述感应电压或感应电流值，将变化前后的地线感应电压或感应电流值发送至数据处理端；分析模块，用于根据线路运行电流大小及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导线、地线间的互感变化情况，基于导、地线间的互感变化情况反推导线的空间位置变化情况；警示模块，用于根据所述导线空间位置变化情况反推线路风偏情况，并在所述风偏情况超过阈值时发出警报。
18.可选地，在本技术的一个实施例中，还包括供电模块，用于利用地线上的感应电压或感应电流对监测装置进行供电，实现自供电。
19.为了实现上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器被执行时，能够执行一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法。
20.本发明实施例提出的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法、基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置和非临时性计算机可读存储介质，解决了现有方法涉及到的传感器较多，成本高且安装困难的问题，同时解决了现有方法计算原理复杂，并且在传感器故障时会影响线路正常运行的技术问题，能够通过地线电磁信号和导线电流的信息判断线路的空间位置，同时无需额外电源，可实现自供电地对线路空间位置进行在线监测，并且安装的装置体积小、故障代价低，发生故障的时候不影响线路正常运行。本技术提出的基于分段绝缘地线上的感应电压或opgw上的感应电流变化情况来判断输电导线的风偏情况监测方法，原理简单，成本低，并且安装维修简便，可行性高。
附图说明
21.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1为本发明实施例所提供的一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法的流程示意图。
23.图2为本发明实施例所提供的一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置的流程示意图。
24.图3为本发明实施例所提供的地线感应示意图。
25.图4为本发明实施例所提供的导线空间位置计算示意图。
26.图5为本发明实施例所提供的监测方案示意图。
27.图6为本发明实施例所提供的地线感应电流随风偏程度变化情况示意图。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.下面参考附图描述本发明实施例的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法和装置。
30.图1为本发明实施例所提供的一种基于基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法的流程示意图。
31.如图1所示，该基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法包括以下步骤：
32.s101：在架空线路地线上安装电压监测装置或电流监测装置，结合配套的数据处理和通信模块，实时监测地线上的感应电压或感应电流；
33.s102：基于感应电压或感应电流值，将变化前后的地线感应电压或感应电流值发送至数据处理端；
34.s103：根据线路运行电流大小及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导、地线间的互感变化情况，并进一步反推导线空间位置变化情况；
35.s104：根据导线空间位置变化情况反推线路风偏情况，并在风偏情况超过阈值时发出警报。
36.本技术实施例提出的基于地线电磁信号的架空线路的风偏监测方法，通过在架空线路地线上安装电压监测装置或电流监测装置，结合配套的数据处理和通信模块，实时监测地线上的感应电压或感应电流；当感应电压或感应电流发生变化时，经相关模块判断后将变化前后的地线感应电压或感应电流值发送至数据处理端；结合线路运行电流大小变化情况以及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导、地线间的互感变化情况，基于导、地线间的互感变化情况反推导线的空间位置变化情况；根据所述导线空间位置变化情况反推线路风偏情况，并在所述风偏情况超过阈值时发出警报。由此，能够解决现有方法涉及到的传感器较多，成本高且安装困难的问题，同时还可以解决现有方法计算原理复杂，并且在传感器故障时会影响线路正常运行的技术问题，能够通过地线电磁信号和导线电流的信息判断线路的空间位置，同时无需额外电源，可实现自供电地对线路空间位置进行在线监测，并且安装的装置体积小、故障代价低，发生故障的时候不影响线路正常运行。本技术提出的基于分段绝缘地线上的感应电压或opgw上的感应电流变化情况来判断输电导线的风偏情况监测方法，原理简单，成本低，并且安装维修简便，可行性高。
37.本技术提出的一种基于地线电磁信号的架空线路的风偏监测方法，可用于对架空线路导线风偏情况进行实时在线监测，即通过监测地线上的感应电压或感应电流来判断架空线路导线风偏情况。
38.在交流输电线路正常通电运行时，导线中的交变电流会在空间中产生变化磁场，
该变化磁场作用在“地线—大地”或两根地线构成的回路上时，会产生感应电压进而产生感应电流，该现象的基本原理为法拉第电磁感应定律，示意图如图3所示，法拉第电磁感应定律表示为：
[0039][0040]
当线路发生风偏时，导线在风的作用下以挂点为轴心，弧垂为半径，在空间上发生位置偏移，即导、地线间的距离发生变化，进而造成导、地线间的互感发生变化，在线路电流一定时地线上的感应电压和感应电流也会随之变化，并且风偏越严重，地线电磁信号变化越大，故可利用地线的电磁信号对线路风偏情况进行在线监测。如图5所示。
[0041]
进一步地，在本发明的一个实施例中，结合线路运行电流大小以及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导、地线间的互感变化情况，基于此进一步反推导线空间位置变化情况，包括：
[0042]
基于监测到的地线电压或电流变化情况来分析判断导、地线间的互感变化情况；
[0043]
根据导、地线间的互感变化情况反推导、地线间的距离变化情况；
[0044]
根据导、地线间的距离变化情况进一步细化得到导线的空间位置变化情况。
[0045]
通过地线电磁信号变化情况得到导线、地线之间的互感变化情况，第一公式表示为：
[0046]eg
＝z
glil
，
[0047]
其中，eg为地线上单位长度压降，z
gl
为导、地线间互感，i
l
为导线电流；
[0048]
通过导、地线互感变化情况，得到导、地线之间距离变化情况，第二公式表示为：
[0049][0050]
其中，z
ij
表示第i个导、地线和第j个导、地线之间的互感，d
ij
为第i个导体与第j个导体间的距离，dg为导线对大地的镜像等值深度，单位为m，可取其中ρ为土壤电阻率(ω
·
m)，f为工频频率(hz)；
[0051]
在分析风偏导致的导地线间距离变化问题时，首先需要引入考虑弧垂的导线方程。由于架空输电线路两个悬挂点之间的距离较大，所以导线刚性对其悬挂时的形状影响小，可以用“悬链线”模型加以描述，第三公式表示为：：
[0052][0053]
其中，q为导线单位的载荷，t为导线张力的水平，这两个均为力学有关的参数；而x0、y0描述导线的相对位置，即可以通过这两个参数确定坐标原点。
[0054]
进一步地，其特征在于，根据所述导线风偏情况进行判断，当导线最大偏移量超过预设阈值时发出警报。
[0055]
当导线发生风偏时，导线不再是平面内的悬链线方程形式，而是沿纵向偏离一定
距离的“斜的悬链线”，如图4所示。
[0056]
此时我们引入横向偏移量z去描述导线最低点横向的偏移距离，z为正时表示向外，为负时表示向内。如果认为导线各点所受的风力均匀或者差别不大，那么可用图中白色直角三角形对导线的横向和纵向偏移的关系进行描述，即各点的横向偏移量与其纵向偏移量呈线性关系。
[0057]
整个档距内的导线位置可以由a，z两个参数决定，纵向偏移量用下式表出：
[0058][0059]
式中，夹角
[0060]
具体地，计算时设置导线悬挂点高度差为0，导线档距为500m，选取的导线型号为四分裂的jlha1/ga1-400/95，其具体参数如表1所示。以导线距无风正常悬挂时位置的偏移距离衡量风偏程度大小，即图4中的z值，在普通地线分段绝缘、opgw逐塔接地的地线运行方式下，计算得到z值对地线感应电流的影响情况如图6所示(固定导线弧垂为16m)。根据结果我们可以看出地线感应电流大小近似与风偏时导线水平偏移量成正比。
[0061]
表1计算选择导线的具体参数
[0062][0063]
得到上述地线感应电流随风偏时水平偏移变化关系后，在后续实际应用中即可根据监测到的地线感应电流反推该型号线路下的导线风偏程度。利用地线感应电压监测时的方法和效果同理。
[0064]
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述导线风偏情况进行判断，当导线最大偏移量超过预设阈值时发出警报。。
[0065]
本发明实施例提出的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法，不仅可以利用地线上的电压或电流信号对线路进行监测，还可以利用其对监测装置进行供电，实现自供电甚至可以给别的装置供电的目标。同时具备以下优点和特点：无需额外电源，可实现自供电地对线路风偏状态进行在线监测；原理简单、成本低、可行性高、安装维修简便；设备体积小、故障代价低，不影响线路正常运行。
[0066]
为了实现上述目的，本发明还提出一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置。
[0067]
图2为本发明实施例提供的一种基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置的结构示意图。
[0068]
如图2所示，该基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置包括：监测模块模块10，采集模块20，分析模块30，警示模块40，其中，监测模块10用于在架空线路地线上安装电压监测装置或电流监测装置，结合配套的数据处理和通信模块，实时监测地线上的感应电
压或感应电流；分析模块30用于根据线路运行电流大小及采集到的地线电磁信号变化情况，反推导线、地线间的互感变化情况，基于导、地线间的互感变化情况反推导线的空间位置变化情况；警示模块40用于根据所述导线空间位置变化情况反推线路风偏情况，并在所述风偏情况超过阈值时发出警报。
[0069]
进一步地，在本技术实施例中，还包括供电模块，用于利用地线上的感应电压或感应电流对监测装置进行供电，实现自供电。
[0070]
本发明实施例提出的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测装置，不仅可以利用地线上的电压或电流信号对线路进行监测，还可以利用其对监测装置进行供电，实现自供电甚至可以给别的装置供电的目标。同时具备以下优点和特点：无需额外电源，可实现自供电地对线路风偏状态进行在线监测；原理简单、成本低、可行性高、安装维修简便；设备体积小、故障代价低，不影响线路正常运行。
[0071]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的基于地线电磁信号的架空线路风偏监测方法。
[0072]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0073]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0074]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0075]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存
储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0076]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0077]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0078]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0079]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。