摘要

輸電線路覆冰是威脅電網(wǎng)冬季安全運(yùn)行的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，冰層積累導(dǎo)致導(dǎo)線過(guò)載、弧垂增大，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)斷線、倒塔等重大事故。傳統(tǒng)人工巡檢在高海拔、強(qiáng)風(fēng)、低溫等惡劣環(huán)境下效率低、風(fēng)險(xiǎn)高，且難以捕捉覆冰發(fā)展的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。本文介紹的特力康科技TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監(jiān)測(cè)裝置，集成高精度拉力傳感、微氣象監(jiān)測(cè)與塔體傾角測(cè)量技術(shù)，構(gòu)建多維覆冰評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)等值覆冰厚度的實(shí)時(shí)計(jì)算與趨勢(shì)預(yù)警。裝置采用太陽(yáng)能供電與低功耗設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)IP66，支持不少于30天數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程同步，為電網(wǎng)覆冰防災(zāi)提供了從感知到?jīng)Q策的全周期解決方案。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰監(jiān)測(cè)；拉力傳感；多維評(píng)估；智能預(yù)警

一、引言

在全球氣候變化背景下，極端冰雪天氣頻發(fā)，輸電線路覆冰問(wèn)題日益突出。高海拔山區(qū)、微氣象走廊等區(qū)域，導(dǎo)線覆冰厚度可在數(shù)小時(shí)內(nèi)迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)線張力驟增、桿塔荷載超限，進(jìn)而引發(fā)導(dǎo)線斷裂、塔材變形甚至倒塔事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)因覆冰導(dǎo)致的線路跳閘、斷線事故在冬季故障中占比顯著上升，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

傳統(tǒng)覆冰監(jiān)測(cè)主要依賴人工巡視和觀冰站點(diǎn)，存在響應(yīng)滯后、覆蓋面小、實(shí)時(shí)性差等固有缺陷。尤其在夜間、雨雪大風(fēng)天氣下，人工難以到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，往往錯(cuò)過(guò)最佳融冰處置窗口。因此，研發(fā)能夠全天候、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)導(dǎo)線覆冰狀態(tài)并提前預(yù)警的智能裝置，已成為提升電網(wǎng)抗冰能力的迫切需求。TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監(jiān)測(cè)裝置，正是針對(duì)這一需求設(shè)計(jì)的創(chuàng)新型在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理

2.1 總體架構(gòu)

TLKS-PMG-FB100裝置由拉力傳感單元、氣象參數(shù)單元、傾角測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集與通信單元、供電單元及后臺(tái)分析平臺(tái)組成。拉力傳感器串聯(lián)于絕緣子串與導(dǎo)線連接處，直接測(cè)量導(dǎo)線軸向張力；氣象單元集成溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向傳感器，安裝于桿塔橫擔(dān)；傾角傳感器用于監(jiān)測(cè)桿塔傾斜及絕緣子串偏斜；數(shù)據(jù)采集器匯集多路信號(hào)，經(jīng)邊緣計(jì)算后通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心。

2.2 工作原理

裝置的核心原理基于導(dǎo)線力學(xué)平衡方程。在已知導(dǎo)線型號(hào)、檔距、高差等基本參數(shù)的前提下，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)線張力、環(huán)境溫度、風(fēng)速以及絕緣子串傾角，利用覆冰厚度計(jì)算模型反演出等效覆冰厚度。具體流程為：拉力傳感器連續(xù)采集導(dǎo)線張力數(shù)據(jù)，氣象單元同步記錄氣溫、濕度、風(fēng)速等微氣象參數(shù)，傾角傳感器提供導(dǎo)線空間姿態(tài)信息。數(shù)據(jù)采集器將多源數(shù)據(jù)融合后，采用濾波算法消除風(fēng)振、舞動(dòng)等短期荷載波動(dòng)干擾，計(jì)算得到實(shí)時(shí)等值覆冰厚度。當(dāng)厚度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值或增長(zhǎng)速率異常時(shí)，系統(tǒng)立即生成預(yù)警信息，并通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)推送至運(yùn)維平臺(tái)。

三、核心功能與技術(shù)特點(diǎn)

3.1 高精度拉力傳感與覆冰厚度反演

裝置采用高精度拉力傳感器，測(cè)量范圍覆蓋導(dǎo)線正常運(yùn)行及覆冰工況下的張力變化，分辨率達(dá)到公斤級(jí)。結(jié)合導(dǎo)線設(shè)計(jì)參數(shù)，利用靜力學(xué)模型實(shí)時(shí)反演等值覆冰厚度。該模型考慮了溫度對(duì)導(dǎo)線弧垂的影響及風(fēng)荷載的瞬時(shí)波動(dòng)，通過(guò)滑動(dòng)平均算法提取覆冰引起的持續(xù)張力增量，從而準(zhǔn)確識(shí)別真實(shí)覆冰增長(zhǎng)。

3.2 多參數(shù)融合與覆冰發(fā)展多維評(píng)估

系統(tǒng)同步采集拉力、微氣象（溫度、濕度、風(fēng)速）及塔體傾角數(shù)據(jù)，構(gòu)建覆冰發(fā)展多維評(píng)估模型。該模型能夠區(qū)分不同氣象條件下覆冰的增長(zhǎng)模式：例如，濕霧天氣易形成雨凇，增長(zhǎng)速度快；干雪天氣形成霧凇，密度低。通過(guò)分析各參數(shù)間的耦合關(guān)系，系統(tǒng)可判斷當(dāng)前覆冰類型、預(yù)測(cè)未來(lái)24小時(shí)覆冰趨勢(shì)，為差異化融冰策略提供依據(jù)。

3.3 智能預(yù)警與全周期數(shù)據(jù)管理

裝置支持多級(jí)閾值預(yù)警（如覆冰厚度預(yù)警、增速預(yù)警、持續(xù)時(shí)間預(yù)警），預(yù)警信息通過(guò)平臺(tái)彈窗、短信等方式實(shí)時(shí)推送。同時(shí)，系統(tǒng)具備不少于30天的本地?cái)?shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程同步功能，運(yùn)維人員可隨時(shí)調(diào)閱歷史覆冰曲線、氣象變化圖，進(jìn)行覆冰事件復(fù)盤和年度規(guī)律分析。結(jié)合氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期覆冰風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，指導(dǎo)融冰物資儲(chǔ)備和應(yīng)急隊(duì)伍部署。

3.4 低功耗與強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性

針對(duì)輸電線路偏遠(yuǎn)無(wú)電場(chǎng)景，裝置采用太陽(yáng)能+蓄電池供電，靜態(tài)工作電流低于50mA，持續(xù)待機(jī)超過(guò)30天。整機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá)IP66，可抵御暴雨、冰雪、沙塵侵襲；工作溫度范圍-40℃～70℃，適用于高海拔、極寒地區(qū)。通信方面支持多運(yùn)營(yíng)商4G網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)，確保偏遠(yuǎn)區(qū)域信號(hào)覆蓋。

四、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

五、應(yīng)用價(jià)值與行業(yè)意義

5.1 提升覆冰風(fēng)險(xiǎn)感知與預(yù)警能力

相比傳統(tǒng)人工巡視每數(shù)小時(shí)或數(shù)天一次的檢查頻率，TLKS-PMG-FB100實(shí)現(xiàn)了分鐘級(jí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，可提前數(shù)小時(shí)至數(shù)天識(shí)別覆冰風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)警信息為融冰裝置啟動(dòng)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、應(yīng)急搶修等決策爭(zhēng)取了關(guān)鍵時(shí)間窗口，有效避免因覆冰過(guò)載導(dǎo)致的斷線倒塔事故。

5.2 實(shí)現(xiàn)差異化防控與精準(zhǔn)運(yùn)維

系統(tǒng)提供的覆冰厚度趨勢(shì)分析和增長(zhǎng)速率數(shù)據(jù)，幫助運(yùn)維人員判斷哪些區(qū)段需立即融冰、哪些區(qū)段可繼續(xù)觀察。通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累，可識(shí)別出易覆冰微地形區(qū)段，指導(dǎo)線路抗冰改造和設(shè)計(jì)優(yōu)化，從源頭降低覆冰風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 降低運(yùn)維成本與作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)替代了人工在惡劣天氣下的登塔檢查，大幅減少運(yùn)維人員涉險(xiǎn)頻次。同時(shí)，精準(zhǔn)預(yù)警避免了盲目融冰帶來(lái)的能源浪費(fèi)和不必要的停電操作，提升了電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

六、結(jié)語(yǔ)

TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監(jiān)測(cè)裝置，以高精度拉力傳感為核心，融合微氣象與傾角多參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線等值覆冰厚度的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)預(yù)警。其低功耗、高防護(hù)、全周期數(shù)據(jù)管理等特性，有效解決了傳統(tǒng)人工巡檢在覆冰監(jiān)測(cè)中的時(shí)效性、安全性和覆蓋率不足等問(wèn)題。該裝置是電網(wǎng)覆冰防災(zāi)減災(zāi)體系的重要組成部分，為輸電線路安全越冬和智能化運(yùn)維提供了可靠的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 架空輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)規(guī)范[S]. 2020.
[2] 黃新波, 劉家兵. 輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2019, 43(10): 178-187.
[3] 深圳市特力康科技有限公司. TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)手冊(cè)[Z]. 2025.
[4] 蔣興良, 易輝. 輸電線路覆冰及其防護(hù)技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2018.

審核編輯 黃宇