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CN111666705A - 一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统 - Google Patents

一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统 Download PDF

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CN111666705A
CN111666705A CN202010614938.8A CN202010614938A CN111666705A CN 111666705 A CN111666705 A CN 111666705A CN 202010614938 A CN202010614938 A CN 202010614938A CN 111666705 A CN111666705 A CN 111666705A
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CN
China
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transmission line
electric field
field distribution
finite element
tested
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CN202010614938.8A
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张祖银
田瑾
汪茹
于利佳
徐敬一
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Shanghai University of Engineering Science
Original Assignee
Shanghai University of Engineering Science
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Abstract

本发明涉及一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统，该方法包括：通过有限元分析软件建立模型数据库和电场分布数据库，所述的模型数据库包括不同类型的输电线路模型，所述的电场分布数据库包括每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图；计算与待测输电线路的类型相同的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路的导线弧垂超出安全范围。与现有技术相比，本发明具有节省人力、效率高、安全性好等优点。

Description

一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电网监测技术，尤其是涉及一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统。
背景技术
近年来，我国电力行业快速发展，人们对电力系统的安全性和可靠性要求也越来越高。输电线路作为电力系统的重要组成部分之一，为保证电力系统的安全性和可靠性，需要对输电线路的弧垂进行校验或实时监测。在输电线路的运行过程中，其架空线的弧垂大小是反映线路是否存在运行安全隐患的重要信息。若弧垂太小，杆塔则会因荷载太大发生断线、倒塔和掉串等事故；若弧垂太大，导线易受到风力作用发生舞动影响线下电磁场分布，也会使导线与地面的树木、建筑物等发生接触并放电，从而导致线路跳闸断电。
目前，传统的测量输电线路弧垂方法有人工巡检法、倾角测量法、温度测量法、激光测距法、图像法等方法。其中，人工巡检的方法不仅操作复杂、耗费大量的人力物力，而且也无法做到对输电线路全线的智能监测。倾角测量法、温度测量法受天气的影响比较大，效率也比较低，激光测距法、图像法方法对系统要求较高，因此需要寻找一种简单方便的方法来实现输电线路的弧垂检测。
现有技术也给出了一些解决方案，中国专利CN201810962221.5提出了一种基于弧垂最低位置电场强度测量的输电线路弧垂监测系统及其监测方法，弧垂监测系统包括信号采集单元、信号传输单元、数据处理单元、中央控制单元、存储单元、显示单元、按键输入单元、报警单元和通信单元；弧垂监测系统根据弧垂最低位置测量的电场强度的变化计算出弧垂大小，结合输电线路的工作状况和实时天气状况判断输电线路弧垂是否正常，若不正常，通过报警单元及时发出报警，通过显示单元进行显示，通过通信单元上传至监控中心，该专利根据弧垂最低位置地面电场强度的变化计算出实时弧垂，提高弧垂监测的准确性。
但该专利需人为确定弧垂最低位置后再在弧垂最低位置下方的地面测量电场强度，杆塔之间的地形复杂，弧垂位置会随时间发生变化，人工检测难以遍历全线，测量难度大，工作量以及主观因素导致的误差大，同时由于输电线路类型种类多，根据弧垂最低位置测量的电场强度的变化计算出弧垂大小，计算量和误差较大，最后计算出弧垂大小后需要根据经验判断弧垂大小是否超出安全范围，主观因素导致的误差也很大，不够直观。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统，节省人力，效率高，安全性好。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，包括：
通过有限元分析软件建立输电线路的模型数据库和电场分布数据库，所述的模型数据库包括不同类型的输电线路模型，所述的电场分布数据库包括每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图；
比较待测输电线路对应的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图，计算出电场数据的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路的导线弧垂超出安全范围。
进一步地，所述的输电线路模型包括电压等级和输电线路的回路类型，电压等级包括220kV、500kV和1000kV，输电线路的回路类型包括单回路输电线路、同塔双回路输电线路和同塔四回路输电线路。
进一步地，所述的有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
进一步地，所述的第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路的不同距离处采集轴向和径向路径上的空间电场值。
进一步地，所述的无人机上设有电磁屏蔽罩，防止电磁干扰，所述的无人机上设有无线传输设备，无人机上的电场采集设备与无线传输设备连接。
一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，包括有限元分析模块、模型数据库、电场分布数据库、实地采集模块和安全分析模块：
有限元分析模块，用于通过有限元分析软件建立不同类型的输电线路模型以及每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
模型数据库，用于存储输电线路模型；
电场分布数据库，用于存储每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
实地采集模块，用于通过采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图；
安全分析模块，用于计算待测输电线路对应的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路的导线弧垂超出安全范围。
进一步地，所述的有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
进一步地，所述的第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路的若干个不同距离处采集轴向和径向路径上的空间电场值。
进一步地，所述的无人机上设有电磁屏蔽罩，避免电磁干扰，所述的无人机上设有无线传输设备，所述的电场采集设备通过无线传输设备与安全分析模块连接。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明通过有限元分析软件建立通过有限元分析软件建立输电线路的模型数据库和电场分布数据库，电场分布数据库包括每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图，采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图，通过第一电场分布曲线图与第二电场分布曲线图的误差判定待测输电线路的导线弧垂是否处于安全范围内，可对输电线路全线监测，不需要现场操作，节省人力，模型数据库包括不同类型的输电线路，适用范围广，同时通过第一电场分布曲线图和第二电场分布曲线图进行对比，结果直观，计算难度低，操作简单，效率高，客观性和准确性好；
(2)本发明在无人机上设有电磁屏蔽罩，避免电磁干扰；
(3)本发明在无人机上设有无线传输设备，可远程操控无人机和采集数据，操作方便。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为无人机实地采集的示意图；
图3为无人机采集位置的示意图；
图中标号说明：
1.杆塔，2.无人机，3.待测输电线路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，如图1、图2和图3，包括：
通过有限元分析软件建立输电线路的模型数据库和电场分布数据库，模型数据库包括不同类型的输电线路模型，输电线路模型包括杆塔1和标准输电线路的模型，电场分布数据库包括每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
采用载有电场采集设备的无人机2实地采集待测输电线路3的第二电场分布曲线图；
计算待测输电线路3对应的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路3的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路 3的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路3的导线弧垂超出安全范围。
有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
输电线路模型包括电压等级和输电线路的回路类型，电压等级包括220kV、 500kV和1000kV，输电线路的回路类型包括单回路输电线路、同塔双回路输电线路和同塔四回路输电线路。
第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路3的不同距离D处采集轴向和径向路径上的空间电场值，D为0.5m、1m和2m。
无人机2为多旋翼无人机，无人机2上设有电磁屏蔽罩，防止电磁干扰，无人机2上设有无线传输设备，电场采集设备采集的数据通过无线传输设备传输给进行电场分析的主站。
实施例2
与实施例1对应的一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，包括有限元分析模块、模型数据库、电场分布数据库和安全分析模块，有限元分析模块用于通过有限元分析软件建立不同类型的输电线路模型以及每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图，输电线路模型包括杆塔1和标准输电线路的模型，模型数据库用于存储输电线路模型，电场分布数据库用于存储每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图，实地采集模块用于通过采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路3的第二电场分布曲线图，安全分析模块用于计算待测输电线路3对应的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路3的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路3的导线弧垂超出安全范围。
有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路3的不同距离D处采集轴向和径向路径上的空间电场值，D为0.5m、1m和2m。
无人机2上设有电磁屏蔽罩，防止电磁干扰，无人机2上设有无线传输设备，电场采集设备通过无线传输设备与安全分析模块连接。
实施例1和实施例2提出了一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法及系统，以有限元计算分析为基础，可应用于多种类型的输电线路，通过无人机2搭载电场测量模块远程遥控测量，不再需要人工上塔测量，安全性高，效率高，节省了人力物力。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，其特征在于，包括：
通过有限元分析软件建立模型数据库和电场分布数据库，所述的模型数据库包括不同类型的输电线路模型，所述的电场分布数据库包括每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图；
计算与待测输电线路的类型相同的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路的导线弧垂超出安全范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，其特征在于，所述的有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，其特征在于，所述的第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路的不同距离处采集轴向和径向路径上的空间电场值。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，其特征在于，所述的无人机上设有电磁屏蔽罩。
5.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测方法，其特征在于，所述的无人机上设有无线传输设备。
6.一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，其特征在于，包括：
有限元分析模块，用于通过有限元分析软件建立不同类型的输电线路模型以及每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
模型数据库，用于存储输电线路模型；
电场分布数据库，用于存储每类输电线路模型对应的第一电场分布曲线图；
实地采集模块，用于通过采用载有电场采集设备的无人机实地采集待测输电线路的第二电场分布曲线图；
安全分析模块，用于计算与待测输电线路的类型相同的输电线路模型的第一电场分布曲线图与待测输电线路的第二电场分布曲线图的误差，若误差在设定范围内，则判定待测输电线路的导线弧垂处于安全范围内，否则判定待测输电线路的导线弧垂超出安全范围。
7.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，其特征在于，所述的有限元分析软件通过对输电线路模型进行空间电场分布分析获取该输电线路模型的第一电场分布曲线图。
8.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，其特征在于，所述的第二电场分布曲线图的采集过程具体为：
通过无人机在离待测输电线路的若干个不同距离处采集轴向和径向路径上的空间电场值。
9.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，其特征在于，所述的无人机上设有电磁屏蔽罩。
10.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的导线弧垂检测系统，其特征在于，所述的无人机上设有无线传输设备，所述的电场采集设备通过无线传输设备与安全分析模块连接。
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