一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法及系统，属于电磁传感理论在电力系统中的应用技术领域；检测方法包括:S1，构建架空线路下垂状态下的三维磁场模型；S2，根据S1建立的三维磁场模型验证结果，来选择磁性传感器的安装位置；S3，基于离散化处理后的三维磁场模型所计算的磁场数据以及磁性传感器采集的磁场数据，通过迭代算法求解出最终悬链线系数，从而得到架空线的弧垂大小；本发明专利技术的检测方法是一种非侵入式检测手段，同时，通过对数学模型进行离散化处理可以大大提高计算速度，可以广泛应用于电网架空线路下垂检测的场景，为预防架空线路弧垂过大发生对地短路等故障提供保障，提高电力系统稳定运行的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法及系统


[0001]本专利技术属于电磁传感理论在电力系统中的应用
，具体涉及一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法及系统。

技术介绍

[0002]架空输电线路作为电力网络的重要组成部分，是连接发电端电源和受电端负载的纽带，尤其是一些特高压交直流输电线路承担着大规模跨区域输电的重要任务，因此架空输电线路的状况直接决定了整个电网系统能否安全稳定运行。而且远距离高压输电架设在野外在极端天气条件下(如高温、强风、冰雪等)，高压输电线路会发生线路形态变化，最为常见的形态变化就是下垂。下垂是由于电流负载过大导致过热导致线路导体的长度延长，下垂会降低导体到地面以上的不安全高度，从而发生对地短路等安全事故。
[0003]目前针对输电线路下垂检测的方法主要有在线路上安装张力传感器直接测量弧垂以及通过无人机巡航拍照的手段获取弧垂大小。但是安装张力传感器需要直接对输电线路进行高空作业，存在安装和维修困难等缺点；无人机巡航拍照技术对天气要求较高，在雨雪等恶劣天气情况下无法采用。针对以上问题，亟需提出一种新的输电线路下垂检测方法来实时检测输电线路下垂状态。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法及系统。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法，包括以下步骤：
[0007]S1，构建架空线路下垂状态下的三维磁场模型；
[0008]S2，根据S1建立的三维磁场模型验证结果，来选择磁性传感器的安装位置；
[0009]S3，基于离散化处理后的三维磁场模型所计算的磁场数据以及磁性传感器采集的磁场数据，通过迭代算法求解出最终悬链线系数，从而得到架空线的弧垂大小。
[0010]进一步地，所述S1中，构建三维磁场模型的步骤包括：
[0011]S11，进行架空线下垂情况下物理模型的推导，并得出悬挂在两基杆塔间的架空线呈悬链线形状；
[0012]S12，计算架空线悬链线方程；
[0013]沿架空线线长作用有均布比载γ，方向垂直向下；在比载γ作用下，架空线呈曲线形状；σ0为架空线x轴方向的应力，选取一段微元σ
Δ
分别对其在x，y轴方向进行受力分析，列架空线的力平衡方程式，有：
[0014]∑X＝0,σ
Δ
cosθ＝σ
0 (1)
[0015]∑Y＝0,σ
Δ
sinθ＝γL
Δ (2)
[0016]联立上式可得架空线悬链线方程：
[0017][0018]其中，C1、C2为积分常数，其值取决于坐标系的原点位置；
[0019]建立架空输电线路下垂状态模型，架空线位于ZOY平面，则可知相邻输电杆塔之间的线路满足悬链线方程：
[0020][0021]其中α为悬链线系数即为式(3)中的L为相邻两杆塔之间的距离，k为常数；
[0022]S13，计算架空线路下垂状态下的三维磁场模型；
[0023]可知dz/dy＝sinh(αy)，在三维坐标系下毕奥沙伐尔定律满足以下形式：
[0024][0025]其中，μ0为真空磁导率，为沿架空线切线方向的单位向量，分别为x，y，z轴方向的单位向量，r为指向空间中某点P的方向向量。
[0026]设在三维坐标系下空间中所求磁场点P的坐标为(x0,y0,z0)，则距离矢量联立上述公式推导可得：
[0027][0028]其中，B
x
，B
y
，B
z
分别为x，y，z轴方向的磁感应强度。
[0029]进一步地，所述S11中，设定了架空线是没有刚性的柔性索链；并设定作用在架空线上的荷载沿其线长均匀分布。
[0030]进一步地，S2中，磁性传感器的安装位置确定，需要根据所述三维磁场模型，对不同拓扑结构的工频磁场进行对比，确定特性一致的点，并且还需采用导磁材料磁场矫正系数对安装点附近的磁场进行校正。
[0031]进一步地，S2中，磁性传感器安装在塔架上。
[0032]进一步地，S3中，迭代运算的步骤包括：
[0033]S31，对S1中建立的三维磁场模型进行离散化处理；
[0034]S32，设置一个悬链线系数初值带入离散化处理后的三维磁场模型，计算得到一组周期的磁场数据；
[0035]S33，计算磁性传感器采集的磁场数据与离散化处理后的三维磁场模型所求解的磁场数据之间的均方根误差；每次迭代都重新计算：不同的悬链线系数求解出的磁场数据与传感器采集数据之间的均方根误差值，直至均方根误差小于设置的阈值，停止迭代；
[0036]S34，迭代停止后，选取此时的离散化处理后的三维磁场模型所求解的磁场数据，对应得到悬链线系数，即可得到架空线的弧垂大小。
[0037]进一步地，对所述三维磁场模型离散化处理结果为：
[0038]X轴方向磁场模型，对式(8)中的B
x
进行离散化处理后的公式为：
[0039][0040]Y轴方向磁场模型，对式(8)中的B
y
进行离散化处理后的公式为：
[0041][0042]Z轴方向磁场模型，对式(8)中的B
z
进行离散化处理后的公式为：
[0043][0044]其中，
‑
L/2<t
i
<L/2，i＝1,2,3
…
.,n，Δt为相邻t
i
之间的间距。
[0045]进一步地，每次迭代算法的评价指标为两组数据的均方根误差：
[0046][0047]其中，N为数据个数，X
i
为磁传感器采集数据组，x
i
为每次迭代计算的数据组。
[0048]一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测系统，包括：
[0049]模型构建模块：用于构建架空线路下垂状态下的三维磁场模型；
[0050]传感器位置确定模块：根据三维磁场模型验证结果，来选择磁性传感器的安装位置；
[0051]迭代运算模块：基于离散化处理后的三维磁场模型所计算的磁场数据以及磁性传感器采集的磁场数据，通过迭代算法求解出最终悬链线系数，从而得到架空线的弧垂大小。
[0052]本专利技术的有益效果：
[0053]1、本专利技术采用的架空线检测手段是一种新颖的非侵入式检测方法，无需对架空线路进行操作，相较于传统检测手段具有安装维修方便的优点；
[0054]2、本专利技术采用磁性传感器进行检测，磁性传感器目前发展迅速，已经在各个领域广泛使用，这是因为磁性传感器具有更高的稳定性，可以在高温、雨雪，强风等天气下使用，而且使用寿命较长，可以大大节约成本；
[0055]3、本专利技术采用的迭代算法将积分形式的方程经过离散化处理，将积分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建架空线路下垂状态下的三维磁场模型；S2，根据S1建立的三维磁场模型验证结果，来选择磁性传感器的安装位置；S3，基于离散化处理后的三维磁场模型所计算的磁场数据以及磁性传感器采集的磁场数据，通过迭代算法求解出最终悬链线系数，从而得到架空线的弧垂大小。2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法，其特征在于，所述S1中，构建三维磁场模型的步骤包括：S11，进行架空线下垂情况下物理模型的推导，并得出悬挂在两基杆塔间的架空线呈悬链线形状；S12，计算架空线悬链线方程；沿架空线线长作用有均布比载γ，方向垂直向下；在比载γ作用下，架空线呈曲线形状；σ0为架空线x轴方向的应力，选取一段微元σ
Δ
分别对其在x，y轴方向进行受力分析，列架空线的力平衡方程式，有：∑X＝0,σ
Δ
cosθ＝σ0(1)∑Y＝0,σ
Δ
sinθ＝γL
Δ
(2)联立上式可得架空线悬链线方程：其中，C1、C2为积分常数，其值取决于坐标系的原点位置；建立架空输电线路下垂状态模型，架空线位于ZOY平面，则可知相邻输电杆塔之间的线路满足悬链线方程：其中α为悬链线系数即为式(3)中的L为相邻两杆塔之间的距离，k为常数；S13，计算架空线路下垂状态下的三维磁场模型；可知dz/dy＝sinh(αy)，在三维坐标系下毕奥沙伐尔定律满足以下形式：其中，μ0为真空磁导率，为沿架空线切线方向的单位向量，分别为x，y，z轴方向的单位向量，r为指向空间中某点P的方向向量。设在三维坐标系下空间中所求磁场点P的坐标为(x0,y0,z0)，则距离矢量
联立上述公式推导可得：其中，B
x
，B
y
，B
z
分别为x，y，z轴方向的磁感应强度。3.根据权利要求2所述的一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法，其特征在于，所述S11中，设定了架空线是没有刚性的柔性索链；并设定作用在架空线上的荷载沿其线长均匀分布。4.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器的架空线下垂状态检测方法，其特征在于，S2中，磁性传感器的安装位置确定，需要根据所述三维磁场模型，对不同拓扑结构的工频磁场进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，赵晓凯，程晨闻，花为，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：