本發(fā)明涉及一種絕緣子風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離測量裝置及方法，屬于高電壓絕緣子試驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，受災(zāi)害性氣象條件的影響，架空輸電線路絕緣子串風(fēng)偏事故發(fā)生的頻率和強度明顯增加，已經(jīng)造成了巨大的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運行。輸電線路絕緣子串風(fēng)偏是在外界風(fēng)力的作用下所產(chǎn)生的絕緣子串?dāng)[動現(xiàn)象，懸垂絕緣子在擺動過程中產(chǎn)生的角度偏移稱為風(fēng)偏角。而絕緣子串風(fēng)偏的形成通常由兩方面的原因決定：外界風(fēng)力和輸電線路結(jié)構(gòu)。在實際環(huán)境中，絕緣子串的風(fēng)偏角大小具有很大的隨機性，風(fēng)偏角較小時會導(dǎo)致相間閃絡(luò)、絕緣子串損壞，較大時則會導(dǎo)致間隙放電，甚至導(dǎo)致線路跳閘、桿塔損壞、輸電線路折斷等電力事故，最終導(dǎo)致重大的電力資源損壞。而其中發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)事故的原因主要是導(dǎo)線和絕緣子串在強風(fēng)下偏角過大，使得導(dǎo)線與桿塔最小間隙距離過小。

隨著我國“西電東送”工程的實施，遠距離，高電壓等級，大容量的輸電線路必然越來越被廣泛使用，這樣一來輸電線路的絕緣子串風(fēng)偏放電問題便值得我們?nèi)ブ攸c關(guān)注和研究，從而找到一種可行的方案解決這個難題。而如今我們?yōu)榱吮ＷC輸電線路安全穩(wěn)定運行，只能加強絕緣子串風(fēng)偏的監(jiān)測工作，盡可能降低其帶來的影響?，F(xiàn)在絕緣子串風(fēng)偏監(jiān)測系統(tǒng)主流的方法都是測量風(fēng)偏角，然后利用復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式求取導(dǎo)線與桿塔的最小距離，然后判斷其值是否在安全間隙之內(nèi)。然而這種方法測量時候就會產(chǎn)生一定的誤差，所用的數(shù)學(xué)公式本身也不能完全反映風(fēng)偏角與最小距離存在這種關(guān)系，其中還存在許多不確定的參數(shù)，或者說某些因素采用的估算值，因此這種方法所帶來的誤差將會很大。

綜上所述，測量絕緣子串風(fēng)偏角和利用數(shù)學(xué)公式求取導(dǎo)線與桿塔最小距離的方法誤差較大，因此我們需要尋求一種操作簡單且誤差較小的測量方法來代替此方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種絕緣子風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離測量裝置及方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種絕緣子風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離測量裝置，包括角度傳感器、超聲波傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、微處理器、通信模塊、天線和電源模塊；所述角度傳感器、超聲波傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器和通信模塊均與微處理器連接，所述通信模塊與天線連接，所述電源模塊為各模塊供電。

還包括屏蔽盒，所述電源模塊、微處理器和通信模塊均設(shè)置在屏蔽盒內(nèi)。

還包括機箱，所述屏蔽盒設(shè)置在機箱內(nèi)，超聲波傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器和天線設(shè)置在機箱外表面，角度傳感器加裝在超聲波傳感器上。

一種絕緣子風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離測量裝置的測量方法，包括，

將所述測量裝置懸掛在絕緣子串下面，并與監(jiān)控中心通信，超聲波傳感器沿水平方向?qū)?zhǔn)桿塔，與超聲波傳感器相對的桿塔一側(cè)包裹有遮擋物，角度傳感器的測量基準(zhǔn)線與水平方向平行；

超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，角度傳感器測得其測量基準(zhǔn)線與垂直于桿塔的垂直線之間的角度θ，風(fēng)速風(fēng)向傳感器測得測量時的風(fēng)力和風(fēng)向，溫濕度傳感器測得外部環(huán)境的溫度t和相對濕度RH％；

微處理器記錄超聲波在空氣中傳播的時間Δt，接收風(fēng)力、風(fēng)向、溫度t、相對濕度RH％和角度θ，根據(jù)時間Δt、溫度t、相對濕度RH％和角度θ計算出風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離L，并將最小距離L以及各個測量裝置所測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。

遮擋物遮擋的區(qū)域長度不小于導(dǎo)線與桿塔最小距離點變動的范圍長度。

計算出風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離L的公式為，

L＝L₀cosθ

P₂＝P₁×RH％

其中，L₀為絕緣子串處懸掛的導(dǎo)線與桿塔的水平距離，V為超聲波在當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度下的傳播速度，P₂為空氣中水蒸氣的分壓強，P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P₁為當(dāng)前環(huán)境溫度下的水飽和蒸汽壓。

本發(fā)明所達到的有益效果：本發(fā)明不需要通過測量風(fēng)偏角以及經(jīng)過數(shù)學(xué)幾何計算的間接方法來得到導(dǎo)線與桿塔的最小距離，僅僅是利用超聲波傳感器發(fā)射的超聲波遇到障礙物將會反射回這一性質(zhì)，從而精確地測量出導(dǎo)線與桿塔的最小距離，結(jié)構(gòu)和操作簡單，誤差較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明裝置的外部示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置測量時的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1和2所示，一種絕緣子風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔的最小距離測量裝置，包括機箱6、屏蔽盒7、角度傳感器1、超聲波傳感器2、風(fēng)速風(fēng)向傳感器4、溫濕度傳感器3、微處理器9、通信模塊10、天線5和電源模塊8。

機箱6為常見的不銹鋼矩形機箱6，頂部鉸接有翻蓋，屏蔽盒7采用銅鋁合金材質(zhì)，能夠屏蔽干擾，降低裝置的測量誤差，屏蔽盒7頂部也鉸接有翻蓋，電源模塊8、微處理器9和通信模塊10均設(shè)置在屏蔽盒7內(nèi)，超聲波傳感器2、風(fēng)速風(fēng)向傳感器4、溫濕度傳感器3和天線5設(shè)置在機箱6外表面，更具體的是風(fēng)速風(fēng)向傳感器4設(shè)置在機箱6頂部，超聲波傳感器2、溫濕度傳感器3和天線5設(shè)置在機箱6外側(cè)面上，角度傳感器1加裝在超聲波傳感器2上。角度傳感器1、超聲波傳感器2、風(fēng)速風(fēng)向傳感器4、溫濕度傳感器3和通信模塊10均與微處理器9連接，通信模塊10與天線5連接，電源模塊8采用常見的蓄電池，為各模塊供電。

上述測量裝置的測量方法具體如下：

步驟1，如圖3所示，將所述測量裝置懸掛在絕緣子串12下面，并與監(jiān)控中心通信，超聲波傳感器2沿水平方向?qū)?zhǔn)桿塔11，與超聲波傳感器2相對的桿塔11一側(cè)包裹有遮擋物，角度傳感器1的測量基準(zhǔn)線與水平方向平行。

遮擋物不能太厚，可采用常見的雨布，雨布能夠?qū)⒚嫦虺暡▊鞲衅?桿塔11一側(cè)的鏤空遮擋住，使超聲波能夠反射，雨布遮擋的區(qū)域長度不小于導(dǎo)線與桿塔11最小距離點(即圖3中的S點)變動的范圍長度。

步驟2，超聲波傳感器2發(fā)射和接收超聲波，角度傳感器1測得其測量基準(zhǔn)線與垂直于桿塔11的垂直線之間的角度θ，風(fēng)速風(fēng)向傳感器4測得測量時的風(fēng)力和風(fēng)向，溫濕度傳感器3測得外部環(huán)境的溫度t和相對濕度RH％。

步驟3，微處理器9記錄超聲波在空氣中傳播的時間Δt，接收風(fēng)力、風(fēng)向、溫度t、相對濕度RH％和角度θ，根據(jù)時間Δt、溫度t、相對濕度RH％和角度θ計算出風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔11的最小距離L，并將最小距離L以及各個測量裝置所測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。

計算風(fēng)偏時導(dǎo)線與桿塔11的最小距離L的原理如下：

根據(jù)水在不同溫度下的飽和蒸氣壓表計算當(dāng)前溫度下的飽和蒸氣壓P₁，而空氣中水蒸氣的分壓強P₂為，

P₂＝P₁×RH％

以此可以計算出超聲波在當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度下的傳播速度V，

其中，P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，

根據(jù)超聲波傳感器2發(fā)射的超聲波遇到遮擋物會反射回傳感器的這一性質(zhì)，我們可以得到超聲波在空氣中傳播的時間Δt＝t₂-t₁，t₁、t₂分別為超聲波發(fā)射時刻和接收時刻，視超聲波發(fā)射點與桿塔11的水平距離為絕緣子串12處懸掛的導(dǎo)線與桿塔11的水平距離L₀，

利用三角函數(shù)關(guān)系可以求出超聲波發(fā)射點到桿塔11的垂直距離，也就是我們希望得到的導(dǎo)線與桿塔11的最小距離L＝L₀cosθ。

本發(fā)明不需要通過測量風(fēng)偏角以及經(jīng)過數(shù)學(xué)幾何計算的間接方法來得到導(dǎo)線與桿塔11的最小距離，僅僅是利用超聲波傳感器2發(fā)射的超聲波遇到障礙物將會反射回這一性質(zhì)，從而精確地測量出導(dǎo)線與桿塔11的最小距離，結(jié)構(gòu)和操作簡單，誤差較小。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。