一种应用于多环境下10 千伏配电线路防舞装置

0 引言

配电线路导线舞动是中低压配电网运行中的常见隐患，尤其在山区复杂气流、沿海高湿强风及平原寒潮天气下更易发生。舞动不仅影响线路安全运行，还可能导致导线断裂、设备损坏及大面积停电，造成经济和社会损失。传统防舞手段如机械间隔杆、防震锤及气象监测设备，在精度、适应性和智能化程度方面存在不足，难以满足当前多环境、全时段的运维需求。为此，本研究面向10 千伏配电线路复杂运行环境，研发集成高精度监测、数据分析、机械防护与远程管理的综合防舞系统，并在多类环境下进行试验验证与工程应用评估，为提升配电网运行可靠性提供技术支撑。

1 研究背景与技术需求

山区、平原与沿海因地形及气象差异呈现不同舞动风险：山区气流紊乱导致舞动频繁且振幅大；平原寒潮大风亦触发显著舞动；沿海高湿盐雾与强风使舞动与覆冰叠加。强风、暴雪、低温、高湿等极端气象进一步改变导线受力与空气动力特性，易诱发剧烈舞动乃至断线。然而，现有监测精度低、抗扰差，机械防舞装置调节滞后，数据系统缺乏动态分析与远程管理，难以适应多环境需求。亟需构建集高精度感知、智能决策与远程控制于一体的系统化舞动防护方案。

2 系统总体设计

2.1 技术架构

该系统由四大核心模块构成。监测模块利用光纤传感器实现对线路舞动的高精度实时监测；同时，集成激光测距装置以实现对覆冰厚度的毫米级精确测量，并结合多独立式气象传感器，全面采集风速、风向、温湿度及气压等环境数据。数据分析模块则负责对采集数据进行深入处理，其核心在于运用小波分析提取导线舞动特征，并通过随机森林算法建立天气与舞动之间的关联预测模型，最终基于动态阈值实现线路舞动的实时预警。机械防舞模块采用间隔杆与防震锤的组合结构，通过精确调整导线的张力与位置，有效抑制舞动幅度。最后，用户交互模块构建于5G 网络之上，为系统提供远程监控与管理功能，确保数据的实时传输、可视化展示以及远程控制的有效实现。

2.2 方案优选原则

综合考虑监测精度、环境适应性、运维便利性及成本效益，优选光纤传感器、激光测距、多独立气象传感器及自适应机械结构等技术方案。

图1 10 千伏配电线路防舞装置最佳方案系统图

3 关键技术研究与试验验证

3.1 高精度舞动与覆冰监测技术

3.1.1 光纤传感器舞动监测试验

在模拟线路中，光纤传感器在不同温湿、风速条件下保持舞动幅度测量误差 <± 5mm 、频率误差 <± 0.1Hz ，优于加速度传感器方案，且抗电磁干扰能力强。

3.1.2 激光测距覆冰精测试验

实测覆冰厚度误差稳定在 ± 3mm 以内，受湿度与沙尘影响较小，优于 电容感应式方案。

3.2 机械防舞与动态调节结构

间隔杆与防震锤组合结构在 25m/s 大风下舞动幅度减少至 12cm ，优于弹簧式调节的 22cm ，且振动加速度降低超 55‰

3.3 数据分析与预警模型

3.3.1 小波分析的舞动特征提取

通过多尺度分解与重构提取舞动幅值、频率及相位，幅值误差控制在±3%. 、频率误差控制在± 2‰

3.3.2 随机森林的天气—舞动关联预测

相关系数达0.85，预测误差控制在 15% 以内，优于线性回归模型。

3.3.3 动态阈值预警方法

融合多源数据实时计算预警阈值，准确率 92% 、误报率 3% ，明显优于固定阈值方案。

3.4 远程监控与多终端管理

基于5G 网络的数据传输延迟低于 80ms ，监控画面流畅度28fps，实现线路状态与设备运行的实时监控与远程控制。

图 2 5G 网络与 4g 网络数据传输速率测试对比图

4 工程应用与效果评估

该系统已在临沭县恶劣气象多发区域的多条10 千伏线路部署。现场运行显示，舞动幅度降低 45% 以上，舞动引发的故障率由约 70% 降至 5% 以内，巡检维护效率提升约 30% ，显著减少人工高空作业风险。

5 结论与展望

本研究提出的多环境适用 10 千伏配电线路防舞系统，将光纤传感监测、激光覆冰测量、小波与随机森林算法及自适应机械结构集成，实现了监测精度、环境适应性与智能化水平的全面提升。未来将继续优化算法模型，增强系统在极端气候条件下的稳定性，并探索与配网自动化系统的深度融合，推动在更广范围的工程应用与标准化推广。

参考文献

[1]闫韬宇,田俊梅,马学超.基于电磁阻尼和弹簧复合的间隔棒防舞性能研究[J].山西电力,2023,(06):25-30.

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