摘要

輸電線路覆冰是威脅電網冬季安全運行的主要風險因素，冰層積累導致導線過載、弧垂增大，嚴重時引發斷線、倒塔等重大事故。傳統人工巡檢在高海拔、強風、低溫等惡劣環境下效率低、風險高，且難以捕捉覆冰發展的動態趨勢。本文介紹的特力康科技TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監測裝置，集成高精度拉力傳感、微氣象監測與塔體傾角測量技術，構建多維覆冰評估模型，實現等值覆冰厚度的實時計算與趨勢預警。裝置采用太陽能供電與低功耗設計，防護等級IP66，支持不少于30天數據存儲與遠程同步，為電網覆冰防災提供了從感知到決策的全周期解決方案。

關鍵詞：輸電線路；覆冰監測；拉力傳感；多維評估；智能預警

一、引言

在全球氣候變化背景下，極端冰雪天氣頻發，輸電線路覆冰問題日益突出。高海拔山區、微氣象走廊等區域，導線覆冰厚度可在數小時內迅速增長，導致導線張力驟增、桿塔荷載超限，進而引發導線斷裂、塔材變形甚至倒塔事故。據統計，近年來我國因覆冰導致的線路跳閘、斷線事故在冬季故障中占比顯著上升，對電網安全運行構成嚴重威脅。

傳統覆冰監測主要依賴人工巡視和觀冰站點，存在響應滯后、覆蓋面小、實時性差等固有缺陷。尤其在夜間、雨雪大風天氣下，人工難以到達現場，往往錯過最佳融冰處置窗口。因此，研發能夠全天候、自動化監測導線覆冰狀態并提前預警的智能裝置，已成為提升電網抗冰能力的迫切需求。TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監測裝置，正是針對這一需求設計的創新型在線監測設備。

二、系統架構與工作原理

2.1 總體架構

TLKS-PMG-FB100裝置由拉力傳感單元、氣象參數單元、傾角測量單元、數據采集與通信單元、供電單元及后臺分析平臺組成。拉力傳感器串聯于絕緣子串與導線連接處，直接測量導線軸向張力；氣象單元集成溫濕度、風速風向傳感器，安裝于桿塔橫擔；傾角傳感器用于監測桿塔傾斜及絕緣子串偏斜；數據采集器匯集多路信號，經邊緣計算后通過4G無線網絡上傳至監控中心。

2.2 工作原理

裝置的核心原理基于導線力學平衡方程。在已知導線型號、檔距、高差等基本參數的前提下，通過實時測量導線張力、環境溫度、風速以及絕緣子串傾角，利用覆冰厚度計算模型反演出等效覆冰厚度。具體流程為：拉力傳感器連續采集導線張力數據，氣象單元同步記錄氣溫、濕度、風速等微氣象參數，傾角傳感器提供導線空間姿態信息。數據采集器將多源數據融合后，采用濾波算法消除風振、舞動等短期荷載波動干擾，計算得到實時等值覆冰厚度。當厚度超過預設閾值或增長速率異常時，系統立即生成預警信息，并通過4G網絡推送至運維平臺。

三、核心功能與技術特點

3.1 高精度拉力傳感與覆冰厚度反演

裝置采用高精度拉力傳感器，測量范圍覆蓋導線正常運行及覆冰工況下的張力變化，分辨率達到公斤級。結合導線設計參數，利用靜力學模型實時反演等值覆冰厚度。該模型考慮了溫度對導線弧垂的影響及風荷載的瞬時波動，通過滑動平均算法提取覆冰引起的持續張力增量，從而準確識別真實覆冰增長。

3.2 多參數融合與覆冰發展多維評估

系統同步采集拉力、微氣象（溫度、濕度、風速）及塔體傾角數據，構建覆冰發展多維評估模型。該模型能夠區分不同氣象條件下覆冰的增長模式：例如，濕霧天氣易形成雨凇，增長速度快；干雪天氣形成霧凇，密度低。通過分析各參數間的耦合關系，系統可判斷當前覆冰類型、預測未來24小時覆冰趨勢，為差異化融冰策略提供依據。

3.3 智能預警與全周期數據管理

裝置支持多級閾值預警（如覆冰厚度預警、增速預警、持續時間預警），預警信息通過平臺彈窗、短信等方式實時推送。同時，系統具備不少于30天的本地數據循環存儲及遠程同步功能，運維人員可隨時調閱歷史覆冰曲線、氣象變化圖，進行覆冰事件復盤和年度規律分析。結合氣象預報數據，系統還能實現中長期覆冰風險趨勢預測，指導融冰物資儲備和應急隊伍部署。

3.4 低功耗與強環境適應性

針對輸電線路偏遠無電場景，裝置采用太陽能+蓄電池供電，靜態工作電流低于50mA，持續待機超過30天。整機防護等級達IP66，可抵御暴雨、冰雪、沙塵侵襲；工作溫度范圍-40℃～70℃，適用于高海拔、極寒地區。通信方面支持多運營商4G網絡自適應，確保偏遠區域信號覆蓋。

四、關鍵技術參數

五、應用價值與行業意義

5.1 提升覆冰風險感知與預警能力

相比傳統人工巡視每數小時或數天一次的檢查頻率，TLKS-PMG-FB100實現了分鐘級連續監測，可提前數小時至數天識別覆冰風險。預警信息為融冰裝置啟動、負荷轉移、應急搶修等決策爭取了關鍵時間窗口，有效避免因覆冰過載導致的斷線倒塔事故。

5.2 實現差異化防控與精準運維

系統提供的覆冰厚度趨勢分析和增長速率數據，幫助運維人員判斷哪些區段需立即融冰、哪些區段可繼續觀察。通過長期數據積累，可識別出易覆冰微地形區段，指導線路抗冰改造和設計優化，從源頭降低覆冰風險。

5.3 降低運維成本與作業風險

自動化監測替代了人工在惡劣天氣下的登塔檢查，大幅減少運維人員涉險頻次。同時，精準預警避免了盲目融冰帶來的能源浪費和不必要的停電操作，提升了電網運行經濟性。

六、結語

TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監測裝置，以高精度拉力傳感為核心，融合微氣象與傾角多參數，實現了導線等值覆冰厚度的實時、精準監測與趨勢預警。其低功耗、高防護、全周期數據管理等特性，有效解決了傳統人工巡檢在覆冰監測中的時效性、安全性和覆蓋率不足等問題。該裝置是電網覆冰防災減災體系的重要組成部分，為輸電線路安全越冬和智能化運維提供了可靠的技術支撐。

參考文獻

[1] 國家電網公司. 架空輸電線路覆冰監測裝置技術規范[S]. 2020.
[2] 黃新波, 劉家兵. 輸電線路覆冰在線監測技術綜述[J]. 電力系統自動化, 2019, 43(10): 178-187.
[3] 深圳市特力康科技有限公司. TLKS-PMG-FB100輸電線路可視化拉力覆冰監測裝置技術手冊[Z]. 2025.
[4] 蔣興良, 易輝. 輸電線路覆冰及其防護技術[M]. 北京: 中國電力出版社, 2018.

審核編輯 黃宇