一种输电线路覆冰机理与主动抗冰系统技术方案

本发明专利技术提供一种输电线路覆冰机理与主动抗冰系统。所述输电线路覆冰机理与主动抗冰系统包括数据采集与传输；数据分析与预测；覆冰载荷工况计算；结构破坏分析；自动生成可视化图表；警报系统；远程控制与自主启动功能；数据清洗和去重；主动防灾装置。本发明专利技术提供的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统具有能够实时监测和预警覆冰状况，并且可以主动将杆塔与输电线分离的优点。线分离的优点。线分离的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路覆冰机理与主动抗冰系统


[0001]本专利技术涉及输电线路运维的
，尤其涉及一种输电线路覆冰机理与主动抗冰系统。

技术介绍

[0002]覆冰问题是电网运行中的一项重要挑战，对电力输送的可靠性和稳定性产生了负面影响。覆冰会导致导线、金具、绝缘子及杆塔承受过大的应力，超过其极限强度，从而增加了线路失效和倒塔事故的风险。
[0003]在输电线路中，输电塔部分约占总投资的40%，因此研究输电塔的极限承载力和失效机制对于输电线路的设计、运行和抗灾工作具有重要的参考价值。 了解输电塔的极限承载力，可以确保在设计阶段充分考虑覆冰的影响，选择合适的材料和结构来提高线路的抗风荷载能力和覆冰荷载能力。此外，了解输电塔的失效机制，可以指导运行中的监测和维护工作，及时发现潜在的问题，减少倒塔事故的发生。
[0004]在输电线路的抢修过程中，倒塌的重建是最为困难和耗时的任务之一。 因此，防止输电线路中的倒塔事故具有至关重要的意义。传统的直流融冰技术在覆冰处理中被广泛采用，但存在一些问题。该技术需要人工控制，无法准确判断哪一段导线需要融冰，且融冰效率较低，往往因处理不及时和融冰速度慢导致输电线路覆冰超负荷，致使输电杆塔倒塌。
[0005]因此，有必要提供一种新的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种能够实时监测和预警覆冰状况，并且可以主动将杆塔与输电线分离的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统。
[0007]本专利技术提供的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统包括：数据采集与传输，在每个输电杆塔上安装相应的传感器，用于记录输电杆塔上和输电线上的覆冰情况，并将实时采集的数据传输到数据处理器中；数据分析与预测，通过使用数据分析和比对算法，对接收到的传感器数据进行处理和分析，从中提取有用的信息，监测平台使用机器学习、数据挖掘等技术来建立理论模型，并对覆冰厚度、范围和载荷进行分析；覆冰载荷工况计算，根据不同海拔地区的输电杆塔特点和环境条件，使用相应的计算方法和规范，进行覆冰荷载工况组合及荷载计算，包括根据覆冰厚度、风速等参数，计算输电塔结构的荷载情况；结构破坏分析，基于覆冰工况下的荷载计算结果，进行输电塔结构的破坏分析，涉及结构强度分析、疲劳分析、振动分析等，以评估输电塔的安全性和稳定性；自动生成可视化图表，将分析和计算得到的数据以可视化的方式展示，例如生成覆冰厚度、范围和载荷的图表，使用户能够直观地了解数据变化和趋势；
警报系统，控制中心配备警报系统，能够根据设定的临界值或预警条件，自动发出警报通知，以及向相关人员发送警报信息，确保及时采取相应的措施；远程控制与自主启动功能，通过远程控制装置，对输电线路或输电塔进行监测和控制，当检测到覆冰荷载达到临界值或预警条件时，可以通过控制装置实现自主启动防灾装置等安全措施，以减轻覆冰荷载和防止结构破坏；数据清洗和去重，利用数据库中储存的大量覆冰数据，对原始数据进行比对和转换，去除或修正数据中的错误、缺失、重复或不一致的部分，提高数据的质量和一致性，使数据可用于后续分析和建模过程；主动防灾装置，当所述远程控制装置检测到覆冰荷载达到临界值或预警条件时，它具备固定和释放输电线的能力，用于减轻覆冰荷载、防止结构破坏，主动防灾装置包括支撑结构、控制结构和箍线结构。
[0008]优选的，数据采集所用到的设备有：激光测距仪：用于测量输电线路和输电杆塔上覆冰的厚度和形状，通过激光测距原理获取覆冰的空间信息；摄像机：用于安装在输电杆塔上，记录覆冰过程中的变化和破坏情况，可以采集视频数据进行后续分析；气象观测设备：包括温度传感器、湿度传感器、降水传感器，风速传感器等，用于监测环境条件对覆冰形成和分布的影响；覆冰传感器：用于实时监测输电线路和输电杆塔上的覆冰情况，可以测量覆冰的厚度、质量和形状等参数。
[0009]优选的，覆冰工况下输电塔结构的承载力可以通过考虑覆冰荷载和塔杆结构的强度来进行评估，下面是一个基本的计算公式，用于估算输电塔在覆冰工况下的承载能力：F_total = F_ice + F_wind + F_soil其中：F_total 是输电塔在覆冰工况下的总荷载，F_ice 是覆冰荷载，F_wind 是风荷载，F_soil 是土壤荷载，覆冰荷载的计算公式：F_ice = C_ice * L_ice * W_ice土壤荷载的计算公式：F_soil = γ_soil * A_base其中：γ_soil 是土壤的单位体积重量，A_base 是塔基底面的面积；土壤的单位体积重量γ_soil可以根据具体的土壤类型和地区的规范来确定，一般情况下，土壤类型会被划分为不同的等级，每个等级对应的单位体积重量也不同，塔基底面的面积A_base可以根据具体的塔基设计来确定，通常是根据塔的几何形状和设计要求计算得出；
风荷载的计算公式需要考虑风速、输电塔的几何形状和地理位置等因素：F_wind = 0.5 * ρ * V^2 * Cd * A其中：ρ 是空气密度，V 是风速，Cd 是阻力系数，A 是结构投影面积。
[0010]优选的，结构破坏分析旨在评估覆冰工况下输电塔结构的安全性和稳定性，以确定是否存在结构破坏的风险，下面是涉及的计算方式：（1）结构强度分析：塔身受弯强度分析：可以根据输电塔的几何形状、材料特性和荷载情况，使用弯曲理论和杆件弯矩公式计算塔身的受弯强度：σ = M * y / I其中：σ是弯曲应力，M是塔身的弯矩，y是截面离中性轴的距离，I是截面惯性矩；杆件受压强度分析：对于输电塔的杆件，可以根据杆件的几何形状、材料特性和荷载情况，使用欧拉公式进行受压强度分析：Pcr = （π^2 * E * I） / （Kl）^2其中；Pcr是临界压力，E是杆件的弹性模量，I是截面惯性矩，K是杆件的有效长度系数，l是杆件的长度；（2）疲劳分析：疲劳分析是评估覆冰工况下输电塔结构的疲劳寿命的重要步骤，所用的计算公式如下：应力幅计算公式： 应力幅（Δσ）可以通过覆冰工况下的载荷数据计算得出：Δσ = （σ_max
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σ_min） / 2其中：σ_max和σ_min分别是覆冰工况下的最大应力和最小应力；周次数计算公式： 周次数（N）表示结构在覆冰工况下所经历的载荷循环次数，可以根据载荷频率和工作时间来计算周次数， 常见的计算公式为： N = f * t其中：f是覆冰工况下的载荷频率，t是结构的工作时间；
疲劳强度衰减因子（Kf）的考虑：疲劳强度衰减因子用于考虑覆冰工况下结构的疲劳寿命衰减，可以使用以下公式计算：Kf = 1 + Δσf * （n
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1）其中：Δσf是冰覆盖工况下的疲劳强度衰减系数，n是载荷历程数；疲劳寿命计算公式：根据疲劳曲线和疲劳强度衰减因子，可以使用疲劳寿命计算公式来评估覆冰工况下结构的疲劳寿命，常见的计算公式为： Nf = （1 / Kf） * （1 / Δσ）^b其中：Nf是覆冰工况下的疲劳寿命，Δσ是应力幅，b是疲劳曲线的指数；（3）振动分析：振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路覆冰机理与主动抗冰系统，其特征在于，包括：数据采集与传输，在每个输电杆塔上安装相应的传感器，用于记录输电杆塔上和输电线上的覆冰情况，并将实时采集的数据传输到数据处理器中；数据分析与预测，通过使用数据分析和比对算法，对接收到的传感器数据进行处理和分析，从中提取有用的信息，监测平台使用机器学习、数据挖掘等技术来建立理论模型，并对覆冰厚度、范围和载荷进行分析；覆冰载荷工况计算，根据不同海拔地区的输电杆塔特点和环境条件，使用相应的计算方法和规范，进行覆冰荷载工况组合及荷载计算，包括根据覆冰厚度、风速等参数，计算输电塔结构的荷载情况；结构破坏分析，基于覆冰工况下的荷载计算结果，进行输电塔结构的破坏分析，涉及结构强度分析、疲劳分析、振动分析等，以评估输电塔的安全性和稳定性；自动生成可视化图表，将分析和计算得到的数据以可视化的方式展示，例如生成覆冰厚度、范围和载荷的图表，使用户能够直观地了解数据变化和趋势；警报系统，控制中心配备警报系统，能够根据设定的临界值或预警条件，自动发出警报通知，以及向相关人员发送警报信息，确保及时采取相应的措施；远程控制与自主启动功能，通过远程控制装置，对输电线路或输电塔进行监测和控制，当检测到覆冰荷载达到临界值或预警条件时，可以通过控制装置实现自主启动防灾装置等安全措施，以减轻覆冰荷载和防止结构破坏；数据清洗和去重，利用数据库中储存的大量覆冰数据，对原始数据进行比对和转换，去除或修正数据中的错误、缺失、重复或不一致的部分，提高数据的质量和一致性，使数据可用于后续分析和建模过程；主动防灾装置，当所述远程控制装置检测到覆冰荷载达到临界值或预警条件时，它具备固定和释放输电线的能力，用于减轻覆冰荷载、防止结构破坏，主动防灾装置包括支撑结构（2）、控制结构（3）和箍线结构（4）。2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统，其特征在于，数据采集所用到的设备有：激光测距仪：用于测量输电线路和输电杆塔上覆冰的厚度和形状，通过激光测距原理获取覆冰的空间信息；摄像机：用于安装在输电杆塔上，记录覆冰过程中的变化和破坏情况，可以采集视频数据进行后续分析；气象观测设备：包括温度传感器、湿度传感器、降水传感器，风速传感器等，用于监测环境条件对覆冰形成和分布的影响；覆冰传感器：用于实时监测输电线路和输电杆塔上的覆冰情况，可以测量覆冰的厚度、质量和形状等参数。3.根据权利要求1所述的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统，其特征在于，覆冰工况下输电塔结构的承载力可以通过考虑覆冰荷载和塔杆结构的强度来进行评估，下面是一个基本的计算公式，用于估算输电塔在覆冰工况下的承载能力：F_total = F_ice + F_wind + F_soil其中：
F_total 是输电塔在覆冰工况下的总荷载，F_ice 是覆冰荷载，F_wind 是风荷载，F_soil 是土壤荷载，覆冰荷载的计算公式：F_ice = C_ice * L_ice * W_ice土壤荷载的计算公式：F_soil = γ_soil * A_base其中：γ_soil 是土壤的单位体积重量，A_base 是塔基底面的面积；土壤的单位体积重量γ_soil可以根据具体的土壤类型和地区的规范来确定，一般情况下，土壤类型会被划分为不同的等级，每个等级对应的单位体积重量也不同，塔基底面的面积A_base可以根据具体的塔基设计来确定，通常是根据塔的几何形状和设计要求计算得出；风荷载的计算公式需要考虑风速、输电塔的几何形状和地理位置等因素：F_wind = 0.5 * ρ * V^2 * Cd * A其中：ρ 是空气密度，V 是风速，Cd 是阻力系数，A 是结构投影面积。4.根据权利要求1所述的输电线路覆冰机理与主动抗冰系统，其特征在于，结构破坏分析旨在评估覆冰工况下输电塔结构的安全性和稳定性，以确定是否存在结构破坏的风险，下面是涉及的计算方式：（1）结构强度分析：塔身受弯强度分析：可以根据输电塔的几何形状、材料特性和荷载情况，使用弯曲理论和杆件弯矩公式计算塔身的受弯强度：σ = M * y / I其中：σ是弯曲应力，M是塔身的弯矩，y是截面离中性轴的距离，I是截面惯性矩；杆件受压强度分析：对于输电塔的杆件，可以根据杆件的几何形状、材料特性和荷载情况，使用欧拉公式进行受压强度分析：Pcr = （π^2 * E * I） / （Kl）^2其中；Pcr是临界压力，
E是杆件的弹性模量，I是截面惯性矩，K是杆件的有效长度系数，l是杆件的长度；（2）疲劳分析：疲劳分析是评估覆冰工况下输电塔结构的疲劳寿命的重要步骤，所用的计算公式如下：应力幅计算公式： 应力幅（Δσ）可以通过覆冰工况下的载荷数据计算得出：Δσ = （σ_max
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σ_min） / 2其中：σ_max和σ_min分别是覆冰工况下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，杜力，苏卫东，贺建斌，陈云，雷玉珍，赵浩翔，陈佳纬，唐兴山，高见，纳琴，刘欢，赵元兄，史杰，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：