关键词： 输电线路   导线   覆冰   雨凇   碰撞系数   冻结系数   收集系数  

摘要： 为了揭示输电线路导线覆冰形成的原因和覆冰机理,通过对已有文献系统分析,指出导线覆冰是热力学、流体力学和电流电场耦合作用的结果。在国内外已有的覆冰模型基础上,针对雨凇覆冰过程,通过引入碰撞系数、冻结系数和收集系数给出了导线均匀覆冰和非均匀覆冰的覆冰质量和覆冰厚度预测模型,研究了在不同过冷却水滴中值体积直径、风速以及导线直径情况下覆冰质量随时间的变化规律。研究结果表明:与已有的覆冰模型相比较,所给出的模型能够获得满意的预测结果,该模型可为输电线路冰灾分析和覆冰设计提供有价值的参考。

关键词： 输电线路   气象预报   贵州省   观测   业务   冰冻灾害   电力部门   气象局  

摘要： “直径为26．8毫米电线的积冰（覆冰）观测”数据，是贵州省气象局为满足电力部门防御抗击冰冻灾害的需求，从2011年起新增的一项气象观测业务。

关键词： 架空输电线路   覆冰   在线监测   预警  

摘要： 分析了新时期覆冰监测技术研究的必要性,介绍了国内外现有覆冰监测技术的原理、分类及其优缺点,并对输电线路覆冰过程的数学模型及其适用性进行了归纳。总结了覆冰在线监测领域出现的新技术和研究热点,指出基于实测数据的覆冰过程建模方法和光纤传感技术是这一领域值得关注的研究方向。

关键词： 电网冰灾分析   冰闪特性   除冰技术   在线监测及预警系统  

摘要： 近几年,我国南方大部分地区输配电设备受冰灾影响严重,电网灾后重建及改造投入资金巨大,给国民经济造成重大损失。目前,我国在输变电设施冰灾预防、处理和恢复技术研究还不系统,线路设计防覆冰标准还有待完善提升,应用于输变电设施的融冰、除冰技术还不十分成熟。研究输电线路防御冰灾以及迅速解决冰灾问题成为必要。 本文对国内外电网冰灾暴露的问题以及国内外的研究现状进行了调研,对造成冰灾的极端恶劣天气条件、线路规划和设计、防冰材料和除冰技术等进行了分析。结合泸州地区古蔺县220kV线路覆冰闪络的情况,对输电线路闪络机理以及其它受影响的各方面因素进行了研究,提出了泸州220kV线路的防冰闪措施。 本文研究了国内外输电线路除冰方法,根据泸州地区古蔺叙永地域的220kV及110kV电网结构,完成了融冰的热平衡、计算模型、融冰时间和融冰电流的计算等研究任务。进行了交流融冰的可行性分析,并提出了具体的融冰措施。另外还研究了泸州地区直流融冰装置的建设方案,完成了装置参数选择及现场调试研究。 本文还研究了输电线路覆冰预警系统原理,对输电线路覆冰厚度的计算、覆冰后的冰载和比载、输电线路的基本物理方程运用等方面进行了理论研究,在覆冰预警系统功能模块、预警系统结构、预警系统设计、系统接口及工作流程、通信技术等方面提出了实施方案。 通过对区域电网的融冰理论和覆冰预警系统的深入研究,对输电线路的设计、采购、检验、安装、调试和运行维护等提供了理论依据。模拟试验结果证明,理论计算和试验数据吻合较好,该系统的实施应用,能提升了输电管理维护人员的技术水平和科学决策能力,预防了电网事故发生,保证电网的安全运行。

关键词： 物联网   智能电网   覆冰监测   无源   光纤光栅  

摘要： 我国是输电线路覆冰严重的地区之一,输电线覆冰对输电线路安全运行的危害很大,造成重大的经济损失和社会影响。如何有效的监测输电线路覆冰成为了各个电网公司的难题。物联网技术的发展,把新一代的IT技术应用到智能电网建设中,为电网的智能化提供了更加广阔和可靠的技术,加快电网智能化步伐。“无源”、传感网络技术成为了解决覆冰监测难题的关键。 论文从当前覆冰监测方案出发,利用物联网技术,结合光纤光栅传感技术和OPGW/OPPC光缆的特点,采取物联网三层体系架构形式,提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的无源的输电线路覆冰厚度的实时监测系统,论文主要详实地阐述系统的两种覆冰监测方案的原理、实现方案的关键技术难题及解决方案,并给出系统应用下其解决方案的仿真性能分析,并对系统模型进行了实验验证,最后比较两种覆冰监测方案的比较,给出该两种方案的整体性能评价,以及前瞻性的探索研究。 论文的具体工作如下： (1)阐述基于FBG覆冰监测方案的技术原理与特点,比较分析了现有覆冰监测方案的工作原理与系统性能,并基于分析结果设计了覆冰监测系统的“三层(应用层、传输层和感知层)”技术方案原理;(2)分析覆冰监测系统感知层的技术难题,深入分析的覆冰监测方案存在的问题,提出了覆冰监测技术难题的解决方案,设计与实现两种基于FBG覆冰监测方案,并分析了系统的性能。 (3)搭建覆冰监测方案仿真系统,分析方案原理正确性;搭建实验环境,在各种条件下对方案进行系统验证分析,初步验证方案有效性和可行性。

关键词： 输电线路   覆冰监测   光纤布喇格光栅   称重传感器   倾角传感器   风速传感器  

摘要： 架空输电线路覆冰会造成导线断线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故,给社会造成了巨大的经济损失。因此,对架空输电线路进行覆冰在线监测可及早发现线路隐患,减少因覆冰引起的线路故障。现有输电线路覆冰在线监测系统多由电子式装置组成,存在易受电磁干扰、使用寿命短、需要现场电源等问题。为了解决这些问题,本文提出使用光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)进行输电线路覆冰在线监测。 试验中发现粘结剂对FBG的应变测量的灵敏度和可靠性有很大影响,因此本文首先开展了粘结剂对FBG应变测量影响机理的研究,首次提出使用弹性体Maxwell模型分析粘结剂对FBG的影响,发现粘结剂粘度是影响应变测量的关键,通过理论分析与实验验证确定了粘结剂的选用原则：要求粘结剂的固化前粘度低,以获得一个较薄的粘胶层；要求粘结剂固化后粘度高,以增大应力松弛常数。使用本文提出的粘结剂选用原则可以在提高应变测量灵敏度的同时保证应变测量的长期稳定性。 针对现有电子式称重传感器抗电磁干扰能力差、长期稳定性低等缺点,本文首次提出了柱式结构输电线路光纤布喇格光栅称重传感器。在传感器中使用两支FBG进行拉力测量,一支FBG进行温度补偿。由于传感器在覆冰测量中存在长期偏载受力的特殊性,使用有限元的方法对柱式结构偏载受力进行了深入的力学分析,发现柱式结构偏载受力时FBG传感区域应变分布极不均匀,抗偏载能力很差。为解决这一问题,设计了柱式与闭合U型槽相结合的传感器结构,将应变分布不均匀度从13.4%降低到2.01%,实现了在保持拉力测量灵敏度不变的情况下,提高传感器的抗偏载能力。对传感器分别进行了拉力特性试验,温度影响试验以及气候室模拟覆冰试验,获得了传感器的性能指标,验证了传感器在覆冰情况下的可靠性。 为了进一步提高拉力测量的精确度同时减少FBG使用数量、提高一根光纤的监测范围,本文提出了S型结构光纤布喇格光栅称重传感器。对S型结构的弹性体进行了深入分析,发现可以通过减少S型结构腹板处正应变的方法,削弱其对主应变的影响,通过使用这种设计原则,使腹板中心轴两侧±45°方向主应变具有大小相同、方向相反的特性。利用这一特性仅使用两支FBG就在实现拉力准确测量的同时消除了温度对拉力测量的影响。对传感器进行了拉力特性测试,结果显示,相比柱式结构FBG称重传感器,S型结构FBG称重传感器的测量误差从2.37%降低到0.863%。采用温度影响试验以及气候室模拟覆冰试验验证了传感器在覆冰情况下的可靠性。 现有FBG倾角传感器通常使用裸光纤光栅直接连接重物,在覆冰的恶劣环境下可靠性差。为了在保证倾角测量灵敏度的同时提高倾角测量的可靠性,本文提出了基于等强度梁原理的小型化FBG倾角传感器。试验中发现,等强度梁上FBG传感位置对倾角测量灵敏度有很大影响,通过理论分析和有限元仿真的方法,获得了FBG传感位置与倾角测量灵敏度的关系。倾角试验结果表明,FBG倾角测量传感器在所需测量范围内拥有较高的灵敏度。气候室模拟覆冰试验表明,倾角传感器在覆冰情况下具有可靠性。 风速对输电线路覆冰有很大影响,本文首次提出了基于光纤布喇格光栅的风速传感器,它具有无源、实时采集等优点。在传感器设计中,通过采用圆板和直线轴承联动的结构设计提高了传感器对风速的阻尼力,进而增大了测量灵敏度。提出使用等强度梁对阻尼力进行测量,在解决温度-应变交叉敏感的同时减少了FBG使用数量。现有公式不能确定阻尼力与风速传感形状之间的关系,本文提出采用有限体积(Finite Volume Method)的方法解决了这一问题,成功获得了风速传感器的阻尼系数。风洞试验表明,所研制的FBG风速传感器启动风速为3m/s,测量误差小于±0.5m/s。 在所研发传感器的基础上,提出了基于光纤布喇格光栅的输电线路覆冰在线监测原理。该系统由光纤布喇格光栅传感器、OPGW、光纤波长解调仪,覆冰监测软件组成,通过使用波分复用(Wavelength Division Multiplexing)的方式,可实现利用一根通信光纤对上百公里范围内线路的分布式监测和预警。由于使用OPGW进行光信号传输,在输电线路杆塔处可以实现无源测量；采用光波长作为传感器监测量,系统不受导线舞动造成的光强度变化的影响；由于光纤布喇格光栅本身的特性,该系统还具有抗电磁干扰、使用寿命长、适合在恶劣温湿度环境下工作等优点。

关键词： 高海拔   覆冰   输电   运维  

摘要： 在我国西南部云贵高原和“三江并流”高海拔覆冰区域，在冬春季节雨雪冰冻和自然风力作用下，输电线路承载重覆冰和自然风力联合破坏，是设计与运维中一个亟待解决的难题，有可能发生导线弹跳、断线、倒塔，从而引发线路跳闸，严重时引起电网大面积停电、限电、区域电网瓦解事故。我国水电清洁能源主要集中西南部地区，开发输出均经过高海拔覆冰区域，研究探析输电线路设计与运维有深远意义。

关键词： SVC   故障特征   故障分量方向保护   电流保护   RTDS  

摘要： 灵活交流输配电技术(FACTS/DFACTS)可以对交流输配电系统实施灵活快速调节,具有大幅度提高输电线路输送能力、阻尼系统振荡、提高电能质量等优点,在电网中应用越来越广泛。静止无功补偿器(SVC)是应用最广泛的FACTS/DFACTS控制器,其接入电网将改变系统电气量,这必然会影响到继电保护装置的正确动作,威胁到电力系统的安全稳定运行。目前SVC接入电网对继电保护影响所开展的研究还较少,因此开展SVC对继电保护的影响研究对于保证电网的安全运行具有重要的理论和现实意义。基于此,本文针对SVC对输电线路保护的影响进行了深入研究。 介绍了FACTS/DFACTS技术在现代电网的重要作用,阐述了SVC良好的无功补偿性能,并对SVC构成、工作原理及开闭环控制策略进行了研究,选用了基于电压控制的SVC模型,对SVC模型的稳态和动态特性进行仿真,仿真表明在系统发生故障时SVC可以对系统电压进行有效调节。 在深入分析SVC结构及控制的基础之上,分析了其自身阻抗特性,结合故障分量方向保护特点,分析在保护正向故障与反向故障时,SVC对保护背端系统阻抗的影响规律,提出了SVC对故障分量保护灵敏角改变量的计算方法,以简单双端电源系统为例,分析了不同补偿容量对故障分量方向保护背端系统阻抗角影响,并对相同容量的容性与感性补偿加以分析。 对SVC自身短路电流特性进行研究,得到其一定控制策略下的短路模型,分析了其在系统短路时,输出电流与自身容量、控制策略、端口电压的关系,并将其接入配网研究了SVC对配网故障特征影响,通过分析SVC对配电网保护影响机理,表明系统故障时SVC可以提高接入点母线电压,改变网络短路电流,得出了SVC对上下游线路短路电流影响规律。 搭建了基于RTDS(Real Time Digital Simulators)含SVC配电网模型,结合放射型配电网电流保护,分析了SVC接入将会对电流保护的灵敏度及保护的配合带来的影响,仿真表明该模型的有效性,为配电网电流保护配置与整定提供了依据。

关键词： 铝导线   防覆冰涂层   微结构   滑行角   覆冰粘附强度  

摘要： 输电线路铝导线覆冰将导致线路机械负荷增加,引发断线、倒塔、导线舞动等安全事故,给国民经济和人们的生产生活带来严重影响,为此针对输电线路铝导线开展防冰除冰工作对于保障电力系统安全可靠运行具有重要的意义。本文依据超憎水性表面的构造原理,系统研究了不同微结构和涂层作用下铝表面的憎水、覆冰特性,并对其防覆冰性能进行了理论分析。 为了模拟自然环境冻雨或毛毛雨引发的输电铝导线严重雨凇覆冰,研制了一套输电导线覆冰模拟系统,包括成冰小室、水滴直径和成冰风速调控等。试验表明,该系统可模拟冻雨和毛毛雨条件下的雨凇覆冰。研究了覆冰粘附强度测试方法以及覆冰气温和时间对覆冰粘附强度的影响,建立了基于提拉法覆冰粘附强度测试装置及低温测试条件。 依据Cassie-Baxter原理,以憎水性较好的氟硅烷(FAS)为涂覆材料,结合化学刻蚀,在铝表面上制备了FAS涂覆不同微结构的超憎水性铝表面。试验研究了这些微结构铝表面的覆冰形成过程,发现FAS涂覆孔洞微纳米结构(D类微结构)铝单丝具有良好的防覆冰性能,阐明了表面微结构对铝单丝防覆冰性能的影响规律,即孔洞微纳米结构铝表面在低温环境下保持了较小的水滴滑行角和覆冰粘附强度,可以有效抑制过冷水的粘附和冻结。 为探索涂层种类对微结构铝表面覆冰性能的影响,以孔洞微纳米结构(D类微结构)铝表面为基础,制备了室温硫化硅橡胶(RTV)、聚四氟乙烯(PTFE)、硬脂酸、FAS涂覆D类微结构铝表面。试验研究了这些涂层涂覆微结构铝表面的覆冰形成过程,发现了涂层种类对微结构铝表面的覆冰具有显著的影响,即FAS涂覆微结构铝表面防覆冰性能良好、硬脂酸涂覆微结构铝表面具有一定抑制和缓解覆冰形成的能力,而RTV、PTFE涂覆微结构铝表面仅能延缓覆冰层的形成时间,揭示了FAS与孔洞微纳米结构铝表面的有机结合是导致铝表面具备良好防覆冰性能的关键。 为探索工程上铝绞线防覆冰的应用,基于FAS涂覆孔洞微纳米结构(D类微结构)铝单丝相同的制备方法,制备了FAS涂覆微结构JL-95铝绞线和JGL-120/20钢芯铝绞线。覆冰试验研究表明,微结构铝绞线缝隙处过冷水滴的粘附和冻结是造成其表面覆冰形成和增长的根源。通过采取在铝单丝和铝绞线表面构造双重微结构的方法,大大地减少了铝绞线缝隙处过冷水滴的粘附,极大地抑制了铝绞线表面覆冰的形成,所制备铝绞线防覆冰性能良好。

关键词： 氟改性丙烯酸树脂   纳米   超疏水   自清洁   防覆冰  

摘要： 输电线路的积雪覆冰会对通信及电力系统网络的安全运行造成严重的威胁。覆冰常引起倒杆、断线等输电线路上的重大事故,会对其安全运行造成严重危害。因此,研究和开发输电线路相应的防覆冰技术,已成为一个重要而紧迫的课题。目前,国内外对输电线路的除冰防冰方法合计约有30余种。对输电线路的冰雪灾害,应防除并举,着重于防。因此,在输电线上涂覆超疏水的涂料,突出以防为主,力争长期高效、方便经济地解决问题,是一个较好的思路。目前构建超疏水涂层的主要方法有模板法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等,这些方法大多制备工艺复杂或仪器成本昂贵,难以实现大面积推广。所以寻找一种成本较低,简单易行的超疏水涂层的制备方法就显得很有意义。本研究中,则是采用了的粒子填充法,将氟改性丙烯酸树脂与纳米粒子进行复合来制备了超疏水涂料,来避免传统方法繁琐复杂的制备工艺或高昂的生产成本,试图简化生产工艺并提高其性能。 本文首先采用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯与甲基丙烯酸全氟辛烷酯作为反应单体,采用自由基溶液聚合的方法,制备了氟改性丙烯酸树脂,并对合成过程中的氟单体用量、反应温度、反应单体浓度、滴加时间、玻璃化温度等工艺条件作了逐一考察,结果表明含氟单体用量为5%,反应温度为85℃,玻璃化温度为60℃,单体浓度为50%,滴加时间为2.5h时,涂膜的疏水性最佳。并对产物涂膜进行了红外图谱表征,结果表明聚合反应较完全,含氟单体完全参与到了聚合反应的过程之中。 以纳米粒子填充的方法,将纳米SiO与上述氟改性丙烯酸树脂进行了复合,制备了一种超疏水涂料,并探讨了纳米SiO的加入量对最终涂层表面疏水性的影响并分析了其形成原因。SEM测试结果表明涂层表面具有微米级的粗糙结构,且在微米粗糙结构的表面还具有纳米级的凸起。AFM测试结果表明,涂层表面分布着20nm左右的凸起不平的粗糙结构。 在试验过程中,将少量的SiO被纳米TiO所代替从而使涂层具有一定的光催化性能。考察了纳米TiO的加入量对涂层表面的催化性能的影响并分析了其原因。采用油渍将涂层表面污染后在紫外光照射下对涂层的自清洁性能进行了考察,结果表明,涂层对其表面污物具有一定的分解与自清洁能力,使涂层的超疏水性在一定程度上有所恢复,有利于操持涂层疏水性的持久性,增加其实际利用价值。在覆冰模拟实验中,对不同基材与覆冰之间的粘附力进行了测量并进行了逐一对比。结果表明疏水性的不断增加会使覆冰的粘附力逐渐下降。当涂层具有超疏水性时,其与表层覆冰之间的粘附力比常见玻璃基材下降了80%左右,显著提高了其抗覆冰性能。 综上所述,采用粒子填充法制备的超疏水涂层,相对于其他方法而言简单易行,成本较低,可操作性强,同时纳米TiO的加入使涂层具有一定的自清洁性能,有利于保持其疏水性的长久性。被该涂料涂覆后可明显降低基材与表层覆冰之间的粘附作用力,为防止输电线路覆冰自然灾害提供了一条可行的思路。