[发明专利]一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阈值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及输变电设备在线监测的技术领域，尤其是指一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阈值的方法。

背景技术

近些年来，受气候日益反常的影响以及森林火险等级和次数的较大攀升，山火引发的输电线路跳闸事故日益突出，越来越受到电网运行部门以及科研工作者的关注。据统计，由山火引发的线路跳闸率仅次于雷击跳闸率位列第二，已严重影响电网的安全稳定运行。2007年南方电网220kV输电线路因山火跳闸8次；2008年14次；2009年110kV以上线路发生山火事故4次(总数23次)、故障16次(总数107次)；2010年由山火引发的500kV西电东送线路跳闸42条次，占第一季度500kV西电东送线路总跳闸次数(67次)的63％。2010年1月中旬至今，云南电网因山火引起500kV和220kV重要输电线路跳闸8条次，被迫停运输电线路10条次。2003年，湖南省因山火引起的线路跳闸事故占全省事故跳闸的37％，2009年2月因山火线路跳闸10次。湖北省电网因山火导致输电线路跳闸占总跳闸事故的23.53％。2009年2月24日下午，发生在贵州安顺、青岩、贵阳地区的山火，造成贵州电网500kV高压输电线路送出端相继发生跳闸6次，向广东省输电功率因之减少2350MW。2010年5月2日，1000kV特高压示范工程长南I线的31到33号线路部分因山火导致输电线路对地放电，引起长南I线C相故障跳闸。国外如南非、巴西、美国以及澳大利亚都发生过因山火引发线路跳闸的事故。此外，根据已有数据，输电线路发生跳闸事故时，重合闸的时间一般为1s，但是山火的持续时间一般为几十秒甚至十几分钟，所以输电线路一旦发生跳闸事故，其重合闸的成功率是很低的。由此可见，山火严重影响了架空输电线路的正常运行。如何实现在各种复杂的输电线路运行环境中对山火进行及时有效的预警已经成为输电线路运行维护的一个重要的技术难题。

为有效应对山火引发的大规模输电线路跳闸事故，国内外学者对输电线路走廊山火监测、预警方法进行了大量研究。常用的监测方法有以下几种：

1、图像视频监测法

利用摄像机拍摄山火蔓延的动态特性，并转换成数字信号导入计算机，再结合计算机技术进行图像和视频处理来监测火焰和烟雾。该方法可以同时监测山火的火焰和烟雾，有一定的山火识别效果。但是摄像机的工作能耗高，会受电源和通讯的制约，定位也不准确。而且图像视频识别的算法又比较复杂，也会成为该方法实施的一大瓶颈。

2、卫星遥感地面监测法

利用极轨气象卫星AVHRR资料遥感监测山火的方法，该方法依据维恩位移定律所反映的物体表面温度T与辐射力最强时对应的波长λmax之间的关系：

T×λ_max＝2897.9(K·μm)(1)

式(1)表明物体表面温度越高，λ_max就越小。因此可通过测量物体辐射力最强时对应的波长λ_max来计算物体表面的温度。基于此定律，只需将制成的探测仪安装在卫星或飞行器等制高点上，就能对地面进行大面积的热点监测，通过监测地面热点的信息来确定发生山火的位置。该方法监测范围广，周期短，数据传输快，可以对山火进行广域的监测。但是卫星的监测受卫星过境时间的限制，难以实现全天候监测，且监测结果易受云层影响，监测地面的分辨率也不理想。

3、无线传感器网络监测法

将传感器随机散落分布在监测地区，采集相关的山火气象数据，再进行信息处理，来判断是否有可能发生山火。该方法能够实时准确的监测发生山火的位置，具有一定的有效性，但是监测范围太小，难以实现对较远距离线路走廊山火的早期预警。

4、激光雷达监测法

运用激光雷达监测输电线路山火的原理图如图2所示，激光在大气介质中传播时，遇到大气中的气溶胶大颗粒会发生米散射而衰减，从而产生许多反映大气物理状态的光信号。烟雾属于一种典型的气溶胶，当激光发射到烟雾表面时会发生米散射。因此，采用米散射激光雷达对山火烟雾进行监测研究。

激光器发出的激光经过准直器准直后射入到大气中，当其发射到烟雾表面时，后向散射的光被光学系统的望远镜接收，并通过两次反射传播到探测器系统。高灵敏度的探测器探测到激光，通过光电转换器将光信号转化为电信号，同时，此电信号被高速光子计数器采集并存入计算机，计算机通过米散射激光反演计算得到气溶胶的距离、后向散射光强度等信息，从而对山火烟雾进行有效的评估和监测。

发明内容