基于毫米波的高压电缆结冰监测方法

1.本发明属于电力远距离输送技术领域，特别是一种基于毫米波的高压电缆结冰监测方法。


背景技术：

2.寒冷季节，高压电缆结冰，严重影响了远距离、大容量电力传输的稳定和可靠性。为保障稳定、可靠的电力传输，需要对高压电缆结冰与否进行全面、实时监测。
3.目前，对高压电缆结冰与否进行遥感监测普遍采用主动红外、微波等多种波段、谱段传感器系统进行。如常用的ids传感器，包括中科技达结冰探测凝冰预警系统ids-20，sommer ids-20冰探测仪等。
4.然而，现有高压电缆遥感监测由于采用红外、微波等波段，其成像清晰度、精确度易受暴风雪、严寒等恶劣天气的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，实现对高压电缆结冰全天时、全天候、高精度实时监测。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：
7.一种基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，包括如下步骤：
8.(10)绝缘子区域微波信号采集：采集电缆绝缘子区域的微波信号，包括电缆绝缘子微波辐射信号和散射微波辐射信号。
9.(20)微波信号处理：对所述微波信号进行射频低噪声放大、检波和低频放大，得到辐射输出电压值，并将所述辐射输出电压值定标转化为电缆绝缘子区域天线温度值；
10.(30)电缆结冰状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与标准数据库中电缆陶瓷片不同状态时的毫米波辐射特性进行对比，以判断高压电缆当前结冰状态。
11.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
12.1、稳定性好：无源毫米波探测具有全天时全天候的工作性能，可获取暴风雪、严寒等恶劣天气、环境下可见光与红外探测器不能获取的特殊信息。本发明利用结冰前后电缆陶瓷片不同的毫米波辐射特性，把结冰后的电缆绝缘陶瓷片的辐射亮温作为区分的依据，并引入毫米波辐射精确校准作为识别依据，不易受暴风雪、严寒等恶劣天气的影响，稳定性好；
13.2、精确度高：与电缆绝缘子相比，冰面有水会出现水滴强烈反射地面辐射，所得天线温度最高；冰面本身辐射较低但大幅影响绝缘子辐射，所得天线温度较高；雪相较于冰进一步减弱了绝缘子自身微波辐射，天线温度最低。通过将电缆绝缘子与标准典型冰面包裹的电缆绝缘子的微波辐射特性进行对比，可精确得出多种电缆结冰情况。
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
15.图1是本发明基于毫米波的高压电缆结冰监测方法的主流程图。
16.图2是图1中电缆结冰状态判断步骤的流程图。
具体实施方式
17.如图1所示，本发明基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，包括如下步骤：
18.(10)绝缘子区域微波信号采集：采集电缆绝缘子区域的微波信号，包括电缆绝缘子微波辐射信号和散射微波辐射信号。
19.可采用任何现有微波辐射信号采集装置，如3mm辐射特性测试与探测系统。
20.例如，可利用现有的3mm辐射特性测试与探测系统对电缆绝缘子区域进行数据采集。通过3mm波段天线对电缆绝缘子区域绝缘子自身微波辐射和散射微波辐射进行电压数据采集；
21.(20)微波信号处理：对所述微波信号进行射频低噪声放大、检波和低频放大，得到辐射输出电压值，并将所述辐射输出电压值定标转化为电缆绝缘子区域天线温度值；
22.可利用现有数据处理系统对所得数据进行处理。利用射频低噪声放大器，检波器和低频放大器构成的处理电路对输入数据进行处理，再利用定标装置将辐射特性辐射亮温电压数值转换为天线温度值；
23.(30)电缆结冰状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中的不同状态时的毫米波辐射特性进行对比，以判断高压电缆当前结冰状态。
24.所述电缆陶瓷片标准数据库中的不同状态时的毫米波辐射特性包括电缆陶瓷片在无冰、结冰、冰水、冰雪不同状态时的天线温度值。
25.当电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中某种状态时的天线温度值的误差不大于10％时，认为高压电缆当前结冰状态为该标准数据库中对应的状态。
26.如图2所示，所述(30)电缆结冰状态判断步骤包括：
27.(31)单绝缘子区域状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中的不同状态时的毫米波辐射特性进行对比；
28.当电缆绝缘子区域天线温度值高于电缆陶瓷片标准数据库中冰水状态天线温度值的30％时，则判定高压电缆当前无冰；
29.当电缆绝缘子区域天线温度值低于电缆陶瓷片标准数据库中冰水状态天线温度值的30％，且所述电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中某种状态对应的天线温度值的误差不大于10％时，则判定高压电缆当前结冰状态为该标准数据库中对应的状态；
30.(32)双绝缘子区域状态判断：根据分别位于高压电缆两端的两个相邻绝缘子区域结冰状态，得到该两个相邻绝缘子间的高压电缆结冰状态；
31.所述(32)双绝缘子区域状态判断步骤具体为：
32.若电缆两端电缆绝缘子区域均为结冰状态，则判定该两绝缘子间的电缆处于结冰状态；
33.若电缆两端电缆绝缘子区域中，仅一端电缆绝缘子区域为结冰状态，，则判定该两绝缘子间的电缆未处于结冰状态。
34.电缆结冰情况通常为大区域存在现象。因此结合相邻电缆绝缘子区域的两个探测器的结果，判断两电缆绝缘子区域间电缆结冰情况。若电缆两端电缆绝缘子区域都判定为结冰情况，则表示两绝缘子间电缆出现结冰情况。若仅一端电缆绝缘子区域存在结冰情况，则认为是仅仅为该区域电缆绝缘子结冰，两端间电缆未出现结冰情况。
35.(33)全电缆结冰状态判断：沿输电线路通长依次确定各绝缘子及相邻绝缘子间的电缆的结冰状态，得到全输电线路高压电缆当前结冰状态。
36.本发明利用结冰前后电缆陶瓷片不同的毫米波辐射特性，把结冰后的电缆绝缘陶瓷片的辐射亮温作为区分的依据，并引入毫米波辐射精确校准作为识别依据，不易受暴风雪、严寒等恶劣天气的影响，稳定性好；同时，由于冰面有水会出现水滴强烈反射地面辐射，所得天线温度与电缆绝缘子相比最高；冰面本身辐射较低但大幅影响绝缘子辐射，所得天线温度较高；雪相较于冰进一步减弱了绝缘子自身微波辐射，天线温度最低。通过将电缆绝缘子与标准典型冰面包裹的电缆绝缘子的微波辐射特性进行对比，可精确得出多种电缆结冰情况。这样就为管理单位进一步研究电缆结冰的处理方法和措施提供了科学依据，而且具有全天时全天候的特点，可以在各种严寒和低能见度情况下进行正常工作。


技术特征：
1.一种基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)绝缘子区域微波信号采集：采集电缆绝缘子区域的微波信号，包括电缆绝缘子微波辐射信号和散射微波辐射信号。(20)微波信号处理：对所述微波信号进行射频低噪声放大、检波和低频放大，得到辐射输出电压值，并将所述辐射输出电压值定标转化为电缆绝缘子区域天线温度值；(30)电缆结冰状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与标准数据库中电缆陶瓷片不同状态时的毫米波辐射特性进行对比，以判断高压电缆当前结冰状态。2.根据权利要求1所述的高压电缆结冰监测方法，其特征在于：所述标准数据库中电缆陶瓷片不同状态时的毫米波辐射特性包括电缆陶瓷片在无冰、结冰、冰水、冰雪不同状态时的天线温度值。3.根据权利要求2所述的高压电缆结冰监测方法，其特征在于，所述(30)电缆结冰状态判断步骤包括：(31)单绝缘子区域状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中的不同状态时的毫米波辐射特性进行对比；当电缆绝缘子区域天线温度值高于电缆陶瓷片标准数据库中冰水状态天线温度值的30％时，则判定高压电缆当前无冰；当电缆绝缘子区域天线温度值低于电缆陶瓷片标准数据库中冰水状态天线温度值的30％，且所述电缆绝缘子区域天线温度值与电缆陶瓷片标准数据库中某种状态对应的天线温度值的误差不大于10％时，则判定高压电缆当前结冰状态为该标准数据库中对应的状态；(32)双绝缘子区域状态判断：根据分别位于高压电缆两端的两个相邻绝缘子区域结冰状态，得到该两个相邻绝缘子间的高压电缆结冰状态；(33)全电缆结冰状态判断：沿输电线路通长依次确定各绝缘子及相邻绝缘子间的电缆的结冰状态，得到全输电线路高压电缆当前结冰状态。4.根据权利要求3所述的高压电缆结冰监测方法，其特征在于，所述(32)双绝缘子区域状态判断步骤具体为：若电缆两端电缆绝缘子区域均为结冰状态，则判定该两绝缘子间的电缆处于结冰状态；若电缆两端电缆绝缘子区域中，仅一端电缆绝缘子区域为结冰状态，，则判定该两绝缘子间的电缆未处于结冰状态。5.根据权利要求1至4之一所述的高压电缆结冰监测方法，其特征在于：所述采集的电缆绝缘子区域微波信号为3mm波信号。

技术总结
本发明公开一种基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，包括如下步骤：(10)绝缘子区域微波信号采集：采集电缆绝缘子区域的微波信号，包括电缆绝缘子微波辐射信号和散射微波辐射信号。(20)微波信号处理：对所述微波信号进行射频低噪声放大、检波和低频放大，得到辐射输出电压值，并将所述辐射输出电压值定标转化为电缆绝缘子区域天线温度值；(30)电缆结冰状态判断：将所述电缆绝缘子区域天线温度值与标准数据库中电缆陶瓷片不同状态时的毫米波辐射特性进行对比，以判断高压电缆当前结冰状态。本发明的基于毫米波的高压电缆结冰监测方法，实现对高压电缆结冰全天时、全天候、高精度实时监测。时监测。时监测。


技术研发人员：刘瑞琦 张光锋
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.09.02
技术公布日：2022/12/19