基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法

1.本技术涉及高电压技术领域，尤其涉及基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法和装置。


背景技术：

2.架空线路的导线和地线覆冰是冬春二季的常见现象，而覆冰会导致导地线发生故障，例如架空线路因遭受寒潮而产生覆冰，并引发相关故障。导地线覆冰引起的架空线路事故可分为如下几类：过负载事故、不均匀覆冰或不同期脱冰事故、覆冰导线舞动。
3.有效对架空线路的导地线覆冰情况进行实时在线监测是及时采取融冰策略、预防电网冰灾的基础，但目前常见的技术还不能很好满足架空线路导地线覆冰监测的需求。现有的主要手段包括使用位移、拉力等传感器以及进行视频监测，但这些方法都具有一定局限性。对于直接安装在导线上的位移、拉力等传感器，在安装或维修时需要线路停电或带电作业，便捷性较差；其次，此类传感器受磨损较严重，而传感器故障又可能影响线路正常运行。对于视频监测，首先，在雾、雪天气下，图像难以清晰；其次，视频数据传输量大，对于通信要求高。为解决上述问题，国内研究团队提出了利用激光测量并反推导线弧垂，进而反推导线位置信息的思路。但实际运行中，激光测量设备使用繁琐，成本高，难以全线推广。
4.导线和地线存在较为强烈的互感耦合，可以根据地线电磁信号反推导地线间的位置关系。基于此原理产生了基于地线电磁信号的架空线路舞动监测与定位算法、基于地线电磁信号的架空线路导线风偏监测方法。但上述方法均为在一定假设条件下得到的，在实际应用中存在部分局限性，并且导地线覆冰的监测也与舞动、风偏的监测有着本质区别，具体如下：由于地线往往不采用绞线，且地线半径较小，所以地线基本不会发生舞动，故在基于地线电磁信号监测导线舞动时，假设地线的空间位置没有发生变化；但对于覆冰情况，导线地线均会覆冰，且地线受覆冰影响更大，因此导地线的弧垂和对地高度均会变化，且变化程度不同。目前已有的基于导地线电磁耦合的导线位置信息监测方法，只能得到导地线的相对距离，但在地线位置也发生变化的覆冰工况下，如果不引入新的监测量或分析手段，则无法仅根据地线电压或电流的幅值来判断线路的覆冰情况。除此之外，导地线覆冰常见于山区，山区内导地线两侧挂点高度往往不同，但现有的基于地线电磁信号的导线位置监测方法通常都假设导地线两侧挂点等高，可推广性较差。与此同时，受沿线微气象的影响，在同一档距的导地线的覆冰厚度也有可能有明显差异，但在现有研究中此差异往往被忽略。同时，导地线覆冰情况下，地线电磁信号变化量相对较小，地线覆冰后对地距离产生变化，因此地线回路的自感也会发生变化，进而影响地线电磁信号，若不对此进行考虑，则覆冰监测结果会存在较大误差。
5.综上所述，现有的在线监测手段还不能很好地满足输电线路导地线覆冰在线监测的需求。


技术实现要素：

6.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本技术的第一个目的在于提出一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，解决了现有方法未考虑地线位置发生变化时的导地线覆冰状况的监测，且未考虑在档距内位置不同对覆冰厚度的影响，实现了架空线路导地线覆冰状况的准确检测。
8.本技术的第二个目的在于提出一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置。
9.为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，包括：通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，所述监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；在地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况。
10.本技术实施例的基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，考虑了导线两端挂点不等高、具体导地线覆冰差异以及覆冰引起的地线回路自感变化的影响，避免档距内导地线竖直方向的空间位置沿线不规则变化的影响，实现对架空线路导地线覆冰状况的准确监测
11.可选地，在本技术的一个实施例中，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：
12.获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；
13.根据导线电流值、地线电磁信号、线路杆塔结构和挂点高度信息计算导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。
14.可选地，在本技术的一个实施例中，基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：
15.判断理论电磁信号和实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。
16.可选地，在本技术的一个实施例中，在确定线路覆冰后，还包括：
17.获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；
18.根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；
19.将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；
20.根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得到新的导地线对地高度变化量；
21.重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在覆冰厚度超过阈值时发出警报。
22.可选地，在本技术的一个实施例中，导地线位置变化关系方程组表示为：
[0023][0024][0025]
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δsa、δsb、δsc为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0a、s0b、s0c表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。
[0026]
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置，包括：监测模块、计算模块、覆冰判断模块，其中，
[0027]
监测模块，用于通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；
[0028]
计算模块，用于在地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；
[0029]
覆冰判断模块，用于在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号确定线路覆冰。
[0030]
可选地，在本技术的一个实施例中，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：
[0031]
获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；
[0032]
根据导线电流值、地线电磁信号、线路杆塔结构和挂点高度信息计算导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。
[0033]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：
[0034]
判断理论电磁信号和实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。
[0035]
可选地，在本技术的一个实施例中，还包括覆冰厚度计算模块，具体用于：
[0036]
获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；
[0037]
根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；
[0038]
将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；
[0039]
根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得到新的导地线对地高度变化量；
[0040]
重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在覆冰厚度超过阈值时发出警报。
[0041]
可选地，在本技术的一个实施例中，导地线位置变化关系方程组表示为：
[0042][0043][0044]
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δsa、δsb、δsc为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0a、s0b、s0c表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。
[0045]
本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0046]
本技术上述的和/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：
[0047]
图1为本技术实施例一所提供的一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法的流程示意图；
[0048]
图2为本技术实施例的单回架空线路导地线覆冰监测方法的流程示意图；
[0049]
图3为本技术实施例的地线电测信号测点示意图；
[0050]
图4为本技术实施例的导地线两端挂点不等高时沿线不同位置处对地高度示意图；
[0051]
图5为本技术实施例的计算地线电磁信号的等效电路示意图；
[0052]
图6为本技术实施例的求解覆冰厚度的受力分析图；
[0053]
图7为本技术实施例的验证用的导地线结构示意图；
[0054]
图8为本技术实施例提供的一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置的结构示意图
具体实施方式
[0055]
下面详细描述本技术的实施例，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，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0056]
下面参考附图描述本技术实施例的基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法。
[0057]
图1为本技术实施例一所提供的一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法的流程示意图。
[0058]
如图1所示，该基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法包括以下步骤：
[0059]
步骤101，通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；
[0060]
步骤102，在地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；
[0061]
步骤103，在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号确定线路覆冰。
[0062]
本技术实施例的基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，考虑了导线两端挂点不等高、具体导地线覆冰差异以及覆冰引起的地线回路自感变化的影响，避免档距内导地线竖直方向的空间位置沿线不规则变化的影响，实现对架空线路导地线覆冰状况的准确监测。
[0063]
可选地，在本技术的一个实施例中，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：
[0064]
获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；
[0065]
根据导线电流值、地线电磁信号、线路杆塔结构和挂点高度信息计算导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。
[0066]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：
[0067]
判断理论电磁信号和实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。
[0068]
可选地，在本技术的一个实施例中，在确定线路覆冰后，还包括：
[0069]
获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；
[0070]
根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；
[0071]
将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；
[0072]
根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得到新的导地线对地高度变化量；
[0073]
重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在覆冰厚度超过阈值时发出警报。
[0074]
可选地，在本技术的一个实施例中，导地线位置变化关系方程组表示为：
[0075][0076]
[0077]
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δsa、δsb、δsc为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0a、s0b、s0c表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。
[0078]
以两根地线都逐塔接地的单回架空线路为例，说明本技术的技术方案，此地线运行方式下，监测的地线电磁信号为地线电流，技术方案流程图如图2所示，此外，不同地线运行方式下地线电磁信号表征形式不同，当地线逐塔接地时，地线电磁信号为地线电流；当地线分段绝缘时地线电磁信号是地线绝缘子两端电压。
[0079]
本实施例需要在被监测档两端的杆塔塔头处安装相关监测装置以实时测量两根地线上的电磁信号，具体测点如图3所示。若测量的电磁信号不发生变化：则认为线路不存在覆冰现象，此时结合变电站内监测到的工频导线电流值和线路杆塔结构以及挂点高度信息，计算导地线的相对位置信息。因为地线上的感应电流较小，故不存在覆冰现象时认为地线弧垂不变，即地线在竖直方向上的位置信息不变，此信息对于某一固定线路的固定档段为已知信息，因此可结合计算得到的导地线相对位置信息反推导线在竖直方向上的位置信息。若测量的地线电磁信号发生变化，则先查询导线电流是否发生变化。
[0080]
若导线电流不发生变化，则认为线路存在覆冰现象。若导线电流发生变化，则基于变化后的导线电流值和前述得到的未覆冰条件下导地线竖直方向上的位置信息计算理论上的地线监测信号值，后将理论值与实测值比对，若二者相符则证明地线电磁信号变化只是由导线电流造成的，若二者不相符则认为线路存在覆冰现象。
[0081]
确认线路存在覆冰现象后，读取地线电磁信号的波形，并依据波形计算地线电磁信号的相位。后将四处监测装置得到的地线电磁信号的幅值和相位代入计算导地线位置变化关系的方程组中，求解导地线对地高度变化量。之后计算导地线对地高度变化量对地线回路自感的影响，地线回路的自感影响了方程组中的部分系数，在新得到的方程组系数的基础上重新计算导地线对地高度变化量，并循环迭代，直至满足误差要求。最后基于满足误差要求的导地线对地高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，若覆冰厚度超过阈值则向相关人员发出警报。
[0082]
本实施例的具体技术细节。
[0083]
(1)导地线间相对距离与地线电磁信号的关系
[0084]
在导地线两端挂点不等高时(如图4所示)，导地线(导线下标为c，地线下标为g)上不同位置的对地高度可由式(1)表示。
[0085]
[0086][0087]
式(1)中，l代表线路档距，x代表档距内的沿线位置，y代表档距内具体位置处的对地高度，h代表导线或地线的挂点高度，γ代表导线或地线的比载，σ0为导线或地线的水平应力。气温、风速、导线发热量、是否覆冰等因素影响γ和σ0的取值，进而影响导地线在竖直方向上的空间位置。在判断线路是否覆冰时，因为装置定时反推导地线相对距离信息，因此可认为气温、风速等值为常量，只有是否覆冰及覆冰厚度会影响γ和σ0的取值。
[0088]
地线电磁信号由导线中的工频电流感应而来。在导线电流一定时，导地线的空间位置影响了导地线间的互感以及地线回路的自感，进而影响地线电磁信号的特征量。在一档内，可用等分成n段的受控电压源电路来表征导线电流在地线上产生的感应分量，具体如图5所示，每段长度为设三相导线电流为三者大小相等，相位互相差120度。
[0089]
图5中，rg为杆塔接地电阻，是已知值。角标a、b、c分别代表三相导线，角标gw、opgw分别代表两根地线。z
l
为导线内阻抗，基本不会对地线电磁信号产生影响。zgwi和zopgwi分别代表两根地线各段的内阻抗，以zgwi为例，地线1的第k段内阻抗的计算公式为：
[0090][0091]
式中，l为档距长度，n为计算电路所分段数，r
gw
为地线1每公里的电阻，r
′
gw
为地线1的几何平均半径，d
gk
为地线1的第k段对大地的等值镜像深度，数值上等于第k段对地高度的2倍。ygwi和yopgwi分别代表两根地线各段的对地导纳，以ygwi为例，地线1的第k段对地导纳的计算公式为：
[0092][0093]
式中，r
gw
为地线1的外半径。egwi和eopgwi分别代表两根地线各段的感应电动势，以egwi为例，地线1的第k段感应电动势的计算公式为：
[0094][0095]
式中，zm表示导线与地线间的互感，如z
ma-gwk
表示a段导线的第k段与地线1的第k段之间的互感，其计算公式为：
[0096][0097]
式中，d
a-gw
为a相导线与地线1间的水平距离，y
gwk
为地线1第k段中心点的对地高度，可由式1a计算，y
ak
为a相导线第k段中心点的对地高度，可由式1b计算。综合式2-5并结合相关电路计算方法，可以完成不同导地线对地高度情况下地线电磁信号的计算，也可以凭借式2-5，实现在导地线位置未发生变化情况下基于地线电磁信号的导线弧垂反推。此部分
为图2对应的实施例中“结合线路杆塔结构、导线电流值、监测到的地线电磁信号计算导地线的未覆冰时的相对位置以及弧垂”以及“基于变化后的电流值和未覆冰时计算得到的导地线相对位置计算地线电磁信号理论值”的理论基础。
[0098]
(2)导地线均覆冰且弧垂变化不相等情况的处理
[0099]
如技术方案，监测装置测量了被监测档两端的两根地线的电流并计算了相位，设覆冰前后测量的地线电流有效值变化量分别为：δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
，计算得到的相位变化量分别为：δφ
left-gw
、δφ
right-gw
、δφ
left-opgw
、δφ
right-opgw
。除地线电流幅值外，相位也可以反映导地线间的距离信息。设导地线的最大弧垂变化量分别为δs
gw
、δs
opgw
、δsa、δsb、δsc，覆冰前导地线的弧垂分别为s0
gw
、s0
opgw
、s0a、s0b、s0c(覆冰前导地线弧垂为已知值)。在设定弧垂变化量以及变化前各导地线的位置后，可根据式1来表示档内导线或地线第k段中心点的对地高度变化情况。因为在导线电流不变时，地线电磁信号由导地线间距离决定，导地线挂点一般左右对称，根据此可列写下述表达式。式中f表征某相导线弧垂对某根地线上电流有效值的影响、g表征某相导线弧垂对某根地线上电流相位的影响，可通过联立式1-5并求解电路方程得出。α、β是表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，初始值由覆冰前的地线弧垂决定，当地线覆冰后发生变化，为精确求解导地线弧垂变化量，图2中的技术方案涉及到了循环迭代求解。方程组共八个方程、六个未知数，可以进行求解并且可以消除因为函数f、g的非线性引入多组方程解的情况。基于此方程组，可实现导地线弧垂变化情况不同情况下覆冰厚度的反推。
[0100]
[0101][0102]
(3)基于弧垂变化的覆冰厚度反推
[0103]
以a相导线为例，当未出现覆冰现象时，图4中a相导线的弧垂表达式为：
[0104][0105]
当a相未发生覆冰时的弧垂由地线电磁信号反推得到时，便可根据式(6)求解得到a相的当a相导线覆冰后，基于技术方案细节(2)中所提方法，可计算得到a相导线弧垂变化量，并同样依据式(6)得到覆冰后的在此基础上依据式1写出档内a相导线悬链线的表达式。σ0为a相导线最低点水平应力，γ为线路的比载。覆冰改变线路比载，而γ可影响σ0值。可将档内a相导线看成一个整体，进行受力分析以求解覆冰厚度，如图6所示，图6中θ和为覆冰后a相导线两端挂点处的切线与竖直方向的夹角，g为导线自重和冰的重力(导线自重为已知量)，t1、t2为绝缘子提供的拉力。假设覆冰后受力平衡，则即可根据此受力分析图求解得到水平应力σ0与覆冰厚度d的关系式，再代入由式(6)求解得到的覆冰后的值，即可求解覆冰厚度。
[0106]
(4)实施例的验证
[0107]
图7为本技术验证用的导地线结构示意图，如图7所示，c1、c2、c3代表三相导线；c4、c5代表两根地线。利用本实施例的技术方案反推导线覆冰值，得到结果如表1所示。可以看出，本实施例所提技术方案可以在架空线路导地线覆冰情况不同的条件下有效基于地线电磁信号，反推出每根导线和地线的覆冰厚度。
[0108]
导地线名称设置的覆冰厚度反推的覆冰厚度
a5mm4.6mmb5mm5.1mmc8mm8.3mmgw6mm5.5mmopgw4mm4.4mm
[0109]
表1
[0110]
为了实现上述实施例，本技术还提出一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置。
[0111]
图8为本技术实施例提供的一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置的结构示意图。
[0112]
如图8所示，该基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置包括：监测模块、计算模块、覆冰判断模块，其中，
[0113]
监测模块，用于通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；
[0114]
计算模块，用于在地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；
[0115]
覆冰判断模块，用于在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号确定线路覆冰。
[0116]
可选地，在本技术的一个实施例中，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：
[0117]
获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；
[0118]
根据导线电流值、地线电磁信号、线路杆塔结构和挂点高度信息计算导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。
[0119]
可选地，在本技术的一个实施例中，基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：
[0120]
判断理论电磁信号和实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。
[0121]
可选地，在本技术的一个实施例中，还包括覆冰厚度计算模块，具体用于：
[0122]
获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；
[0123]
根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；
[0124]
将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；
[0125]
根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得
到新的导地线对地高度变化量；
[0126]
重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在覆冰厚度超过阈值时发出警报。
[0127]
可选地，在本技术的一个实施例中，导地线位置变化关系方程组表示为：
[0128][0129][0130]
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δsa、δsb、δsc为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0a、s0b、s0c表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。
[0131]
需要说明的是，前述对基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置，此处不再赘述。
[0132]
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。
[0133]
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。
[0134]
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。
[0135]
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。
[0136]
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。
[0137]
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。
[0138]
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。
[0139]
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。

技术特征：
1.一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，其特征在于，包括以下步骤：通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，所述监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；在所述地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和所述导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于所述理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；根据所述导线电流值、所述地线电磁信号、所述线路杆塔结构和所述挂点高度信息计算所述导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：判断所述理论电磁信号和所述实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述线路覆冰后，还包括：获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据所述地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；将所述变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入所述导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据所述变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据所述变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将所述变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入所述新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得到新的导地线对地高度变化量；重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在所述覆冰厚度超过阈值时发出警报。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导地线位置变化关系方程组表示为：
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δs
a
、δs
b
、δs
c
为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0
a
、s0
b
、s0
c
表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。6.一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测装置，其特征在于，包括监测模块、计算模块、覆冰判断模块，其中，所述监测模块，用于通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，所述监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；所述计算模块，用于在所述地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；所述覆冰判断模块，用于在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和所述导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于所述理论地线电磁信号和实际地线电磁信号确定线路覆冰。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息，包括：获取线路杆塔结构和导地线在待监测档内两端的挂点高度信息；根据所述导线电流值、所述地线电磁信号、所述线路杆塔结构和所述挂点高度信息计算所述导地线的相对位置信息以及导地线的弧垂。8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基于所述理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况，包括：判断所述理论电磁信号和所述实际电磁信号是否相符，若相符，确定线路未覆冰，若不相符，确定线路覆冰。9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括覆冰厚度计算模块，具体用于：获取变化后的地线电磁信号的幅值和相位；根据未覆冰时的地线对地高度计算地线回路自感，并根据所述地线回路自感计算导地线位置变化关系方程组的系数，得到导地线位置变化关系方程组；将所述变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入所述导地线位置变化关系方程组进行求解，得到导地线对地高度变化量；根据导地线对地高度变化量计算变化后的地线对地高度，根据所述变化后的地线对地高度计算变化后的地线回路自感，并根据所述变化后的地线回路自感计算新的导地线位置变化关系方程组的系数，得到新的导地线位置变化关系方程组，将所述变化后的地线电磁信号的幅值和相位和导地线未覆冰时的位置信息代入所述新的导地线位置变化关系方程组进行求解，得到新的导地线对地高度变化量；重复进行导地线高度变化量的计算，直至前后两次计算得到的导地线对地高度变化量满足预设误差，停止计算，并根据最后得到的导地线高度变化量计算导地线各自的覆冰厚度，并在所述覆冰厚度超过阈值时发出警报。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述导地线位置变化关系方程组表示为：
其中，δi
left-gw
、δi
right-gw
、δi
left-opgw
、δi
right-opgw
为覆冰前后测量的地线电流有效值变化量，为计算得到的相位变化量，δs
gw
、δs
opgw
、δs
a
、δs
b
、δs
c
为导地线的最大弧垂变化量，s0
gw
、s0
opgw
、s0
a
、s0
b
、s0
c
表示覆冰前导地线的弧垂，α、β为表征地线弧垂变化对地线内阻抗和对地导纳的参数，f为导线弧垂对地线上电流有效值的影响系数，g为导线弧垂对地线上电流相位的影响系数。

技术总结
本申请提出了一种基于导地线电磁耦合的架空线路导地线覆冰监测方法，涉及高电压技术领域，其中，该方法包括：通过监测装置实时测量待监测档线路内地线的电磁信号，其中，监测装置安装于待监测档两端的杆塔塔头处；在地线电磁信号未发生变化时，根据导线电流值、地线电磁信号计算导地线未覆冰时的位置信息；在地线电磁信号发生变化时，查询导线电流变化情况，若导线电流未发生变化，则确定线路覆冰，若导线电流发生变化，基于变化后的导线电流值和导地线未覆冰时的位置信息计算理论地线电磁信号，并基于理论地线电磁信号和实际地线电磁信号的差异确定线路覆冰情况。采用上述方案的本发明实现了架空线路导地线覆冰状况的准确检测。测。测。


技术研发人员：张波 崔哲睿 胡军 何金良
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/5