电力线路施工受力监测预警方法、装置及施工监控平台与流程

本发明涉及电力设备，尤其涉及一种电力线路施工受力监测预警方法、装置及施工监控平台。

背景技术：

1、电力线路是连接变配电所与电能用户或设备的导体网络，负责从电源端向负荷端输送和分配电能。电力线路按电压等级可分为高压、低压等类别，其中高压线路电压在1kv及以上，低压线路则低于1kv。此外，1kv至35kv的线路通常被称为中压线路，而35kv至220kv为高压线路，超过220kv的线路则被视为超高压线路。

2、在冬季电力线路损坏的主要原因是电线结冰，其可能导致电线因承受过重外力而断裂。由于输电线路的受力情况难以实时观测，一旦线路断裂，就会引发大面积的停电事故，对生产和生活造成严重影响。因此，如何有效监测、预警和缓冲电线在承受过重外力时的情况，防止其断裂，成为了一个亟待解决的难题。

技术实现思路

1、发明目的：提出一种电力线路施工受力监测预警方法、装置及施工监控平台，以解决现有技术存在的上述问题。

2、本发明的第一个方面，提出一种电力线路施工受力监测预警方法，步骤如下：

3、基于架空输电线路施工场景构建施工受力模型和放线滑车状态模型；

4、获取架空输电线路施工参数，将所述架空输电线路施工参数送入所述施工受力模型，得到第一组施工监测数据；所述第一组施工监测数据包括架空线路在牵引板处的水平张力和牵张力；

5、将所述架空输电线路施工参数送入所述放线滑车状态模型，得到第二组施工监测数据；所述第二组施工监测数据包括放线滑车所受载荷、牵引绳包络角及放线滑车偏斜角度；

6、对两组施工监测数据执行数据分析：

7、若两组施工监测数据全部处于预设预警区间，则认为施工过程正常；

8、若两组施工监测数据中存在一个或多个监测数据超出预设预警区间，则认为施工过程存在异常，发出施工异常预警信号。

9、在第一方面进一步的实施例中，所述架空输电线路施工场景包括导线盘，导线盘上引出导线并经过张力机施加预定张力后引入牵引板，由所述牵引板将导线牵引至放线滑车，由所述放线滑车将导线通过牵引绳牵引至牵引机。

10、在第一方面进一步的实施例中，所述施工受力模型包括放线弧垂计算模型、水平张力计算模型、牵张力计算模型。

11、放线弧垂计算模型用于表达输电线路上任一点坐标p(x,y)的弧垂f和放线线长l；

12、输电线路上任一点坐标p(x,y)曲线方程如下：

13、

14、输电线路上任一点坐标p(x,y)的弧垂f计算公式如下：

15、

16、档距中央最大弧垂fmax计算公式如下：

17、

18、放线线长l计算公式如下：

19、

20、式中，w为导线单位重量；β为坐标p处的高差角；h为架空线路水平张力；l为档距。

21、水平张力计算模型用于表达当放线档出现障碍物时，架空线路在控制档的水平张力hi：

22、

23、式中，ha为放线档左侧悬挂点相对于定位高程的高度；h地为放线档被跨越物对左侧定位高程的相对高度；s为线路对被跨物顶点保持距离。

24、牵张力计算模型通过架空线路在控制档的水平张力hi，确定张力机制张力表达式如下：

25、

26、式中，βi表示第i档的高差角；w为导线单位重量；li为第i档的档距；f右i表示i档导线牵引侧平视弧垂；ε*表示第*档处架空线与滑车的摩擦系数；hi表示第i档的高差；

27、在杆塔放线滑车两侧，制张侧m根子导线总轴向张力ti和牵引侧子导线总轴向张力ti′分别为：

28、ti＝ti-1′+whi＝mεi-1tt+mw(εi-1h1+εi-2h2+…+hi)

29、ti′＝εti＝mεitt+mw(εih1+εi-1h2+…+εhi)

30、杆塔两侧，制张侧牵引绳轴向张力tn和牵引侧牵引绳轴向张力tn′分别为：

31、tn＝tn-1+w0hn

32、tn′＝tn-1′+w0hn

33、式中，tn-1表示制张侧第n-1个节点处的牵引绳轴向张力；tn-1′表示牵引侧第n-1个节点处的牵引绳轴向张力；hn表示第n个节点处的高差；w0为导线初始质量。

34、在第一方面进一步的实施例中，放线滑车状态模型的构建过程包括：

35、以张力机、牵引机、放线滑车作为放线系统的节点，牵引板为移动节点；共有n+1个节点，其中放线滑车n-1个；

36、节点间相对高差为hi：

37、

38、相对跨距为li；

39、

40、式中，si为第i档内导线/牵引绳的长度；hi为第i档内导线/牵引绳的水平张力；vi、分别为第i档内导线/牵引绳在起始点、末端点处的垂直力，其中q为导线/牵引绳单位重力；ea为截面面积与弹性模量乘积；

41、以放线滑车的顶部为中心o，建立坐标系oxyz，其中z轴正方向为垂直向上，x轴为张力侧的水平方向，平面ω1为张力侧导线所在平面，平面ω2为牵引侧导线所在平面，ω1与ω2的夹角为β。

42、本发明的第二方面，提出一种电力线路施工受力监测预警装置，该预警装置包括导线拉力监测装置和集成监测装置；

43、导线拉力监测装置包括带有凹槽的滑轮a、滑轮b、滑轮c，凹槽形状与导线适配，使得导线卡紧在滑轮上；滑轮a、滑轮b、滑轮c构成一个三角；其中，滑轮a、滑轮b位于导线上部，滑轮c位于导线下部；

44、滑轮a、滑轮b之间设有测量滑轮，当导线穿过时，带动测量滑轮旋转；光电编码器连接在测量滑轮的内侧，通过滑轮的旋转，光电编码器产生脉冲信号，记录滑轮的转动角度和频率，从而计算导线受力；

45、集成监测装置用于监测输电线路施工过程中放线滑车与牵引板的实时姿态偏差与位移变化，并可执行如第一方面所述的电力线路施工受力监测预警方法。

46、在第二方面进一步的实施例中，滑轮c和测量滑轮设有伸缩装置；滑轮c的底部与金属杆连接，金属杆通过弹簧施加向上的推力，确保滑轮c紧密接触导线；测量滑轮的内侧衔接一个弹簧提供弹力。

47、在第二方面进一步的实施例中，集成监测装置内设有施工受力模型和放线滑车状态模型；集成监测装置还包括第一数据获取单元、第二数据获取单元、数据分析单元。

48、第一数据获取单元用于获取架空输电线路施工参数，将所述架空输电线路施工参数送入所述施工受力模型，得到第一组施工监测数据；所述第一组施工监测数据包括架空线路在牵引板处的水平张力和牵张力；

49、第二数据获取单元用于将所述架空输电线路施工参数送入所述放线滑车状态模型，得到第二组施工监测数据；所述第二组施工监测数据包括放线滑车所受载荷、牵引绳包络角及放线滑车偏斜角度；

50、数据分析单元用于对两组施工监测数据执行数据分析：

51、若两组施工监测数据全部处于预设预警区间，则认为施工过程正常；

52、若两组施工监测数据中存在一个或多个监测数据超出预设预警区间，则认为施工过程存在异常，发出施工异常预警信号。

53、本发明的第三方面，提出一种电力线路施工监控平台，该电力线路施工监控平台接入上述电力线路施工受力监测预警装置；该电力线路施工监控平台还包括视图组件，所述视图组件将电力线路施工过程中的实时受力参数以可视化图表的形式展现。

54、视图组件分为三个界面：视频监控系统、安全系统和可视化系统。视频监控系统用于实时监测和记录现场的情况。通过摄像模块捕捉现场设备的运行状态、环境条件以及可能的异常情况，为应用过程提供可视化支持；安全系统设置安全报警、应急按钮等功能，以及实时监测试验现场的安全状态，有助于及时发现并应对潜在的安全风险；可视化系统将试验数据进行可视化展示和分析，帮助技术人员更仔细地理解试验结果，并进行进一步的数据处理和分析。

55、有益效果：本发明利用高精度传感装置与物联网技术，对输电线路监测点的受力情况进行有效监测与分析，可以更加全面地分析输电线路的运行状况，从而最大程度地保障线路安全，降低故障发生的可能性。