ОГЛЯД МЕТОДІВ МОНІТОРИНГУ ВІДКЛАДЕНЬ ОЖЕЛЕДІ НА ПРОВОДАХ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧІ

Автор(и)

  • Теймураз Кацадзе Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8365-0046
  • Кирилл Новиков Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-4801-6530

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2025.341338

Ключові слова:

повітряна лінія електропередачі, траса повітряної лінії, енергетична безпека, кліматичні навантаження, відкладення ожеледі, моніторинг відкладень ожеледі, провисання проводів

Анотація

В статті представлено огляд сучасних методів моніторингу відкладень ожеледі на проводах повітряних ліній електропередачі. Актуальність теми обумовлена впливом кліматичних змін на надійність та безпеку енергетичної інфраструктури, особливо в умовах зростаючої частоти екстремальних погодних явищ. Особливу увагу приділено аналізу різних підходів до діагностики відкладень ожеледі, які класифікуються за принципами дії первинних сенсорів: прямі (механічні, електромагнітні, оптичні, акустичні) та непрямі (за зміною провисання проводу, температури, геометрії). Розглянуто як традиційні, так і інтелектуальні методи, що базуються на машинному навчанні, комп’ютерному зорі, супутниковому зондуванні, GPS та технологіях Інтернету речей. Представлено переваги, недоліки та можливості поєднання різних методів у гібридних системах моніторингу. Особливо акцентовано на важливості інтеграції метеорологічних, оптичних та тензометричних даних задля покращення точності діагностики та прогнозування. У підсумку подано порівняльну таблицю характеристик методів, яка дозволяє обґрунтовано обрати відповідну технологію для конкретних умов експлуатації.

Посилання

Guidelines for the management of risks associated with severe climate conditions and climate change in relation to air lines. CIGRE Technical Brochure 598, 2014. 61 p.

US energy sector vulnerabilities to climate change and extreme weather. Department of Energy Washington DC, 2013. 80 p.

Climate change effects on wind speed / S. Eichelberger et al. North American Windpower. 2008. No. 7. P. 68–72.

Possible impacts of climate change on freezing rain in south-central Canada using downscaled future climate scenarios / C. S. Cheng et al. Natural Hazards and Earth System Sciences. 2007. Vol. 7, no. 1. P. 71–87. URL: https://doi.org/10.5194/nhess-7-71-2007 (date of access: 23.02.2025).

Possible Impacts of Climate Change on Wind Gusts under Downscaled Future Climate Conditions over Ontario, Canada / C. S. Cheng et al. Journal of Climate. 2012. Vol. 25, no. 9. P. 3390–3408. URL: https://doi.org/10.1175/jcli-d-11-00198.1 (date of access: 23.02.2025).

Report to Hydro-Quebec’s Committee of Experts January 1998 Ice Storm Overhead Lines and Substation / M. Bigras et al. TranEnergie, 1998.

Synopsis the French Power Network Facing the 1999 Storms / M. Le Du et al. Power Systems and Communications Infrastructures for the Future, Beijing. 2002.

Impacts of Severe Storms on Electric Grids. Task Force on Power Outages. Union of the Electricity Industry – EURELECTRIC, 2006. 52 p.

Transmission Line Reliability: Climate Change and Extreme Weather / G. Peters et al. Electrical Transmission Line and Substation Structures: Structural Reliability in a Changing World. 2006. P. 12–26. URL: https://doi.org/10.1061/40790(218)2 (date of access: 24.05.2025).

Energy sector vulnerability to climate change: a review / R. Schaeffer et al. Energy. 2012. Vol. 38, no. 1. P. 1–12. URL: https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.11.056 (date of access: 23.02.2025).

Boyle J., Cunningham M., Dekens J. Climate Change Adaptation and Canadian Infrastructure. A review of the literature. The International Institute for Sustainable Development, 2013. 35 p.

Kezunovic M., Dobson I., Dong Y. Impact of Extreme Weather on Power System Blackouts and Forced Outages : New Challenges. Engineering, Environmental Science. 2008.

Madsen H. Managing structural safety and reliability in adaptation to climate change. Safety, Reliability, Risk and Life-Cycle Performance of Structures and Infrastructures. 2014. P. 81–88. URL: https://doi.org/10.1201/b16387-8 (date of access: 23.02.2025).

Bjarnadottir S., Li Y., Stewart M. G. Hurricane Risk Assessment of Power Distribution Poles Considering Impacts of a Changing Climate. Journal of Infrastructure Systems. 2013. Vol. 19, no. 1. P. 12–24. URL: https://doi.org/10.1061/(asce)is.1943-555x.0000108 (date of access: 23.02.2025).

Chen X., Wu Y., Lou S. Risk assessment for power system static security based on fuzzy modeling of weather conditions. IEEE Power Engineering and Automation Conference, Wuhan. 2011. P. 367–371. URL: https://doi.org/10.1109/PEAM.2011.6134876.

Analysis of the effect of climate change on the reliability of overhead transmission lines / S. N. Rezaei et al. Sustainable Cities and Society. 2016. Vol. 27. P. 137–144. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2016.01.007 (date of access: 23.02.2025).

Atmospheric Icing of Power Networks / ed. by M. Farzaneh. Dordrecht : Springer Netherlands, 2008. URL: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8531-4 (date of access: 23.02.2025).

Electric Power Distribution System Performance in Carolina Hurricanes / R. A. Davidson et al. Natural Hazards Review. 2003. Vol. 4, no. 1. P. 36–45. URL: https://doi.org/10.1061/(asce)1527-6988(2003)4:1(36) (date of access: 23.02.2025).

Negative Binomial Regression of Electric Power Outages in Hurricanes / H. Liu et al. Journal of Infrastructure Systems. 2005. Vol. 11, no. 4. P. 258–267. URL: https://doi.org/10.1061/(asce)1076-0342(2005)11:4(258) (date of access: 23.02.2025).

Hu Y. Analysis and Countermeasures Discussion for Large Area Icing Accident on Power Grid. High Voltage Engineering. 2008. Vol. 34, no. 2. P. 215–219.

Wind Ice and Snow Load Impacts on Infrastructure and the Natural Environment (WISLINE) / H. Mc Innes et al. Proceedings - Int. Workshop Atmos. Icing Struct. IWAIS 2015, Uppsala. 2015. P. 115–119.

Coatings for protecting overhead power network equipment in winter conditions. CIGRE. Technical Brochures 631, 2015.

Омеляненко Г. В., Черкашина В. В., Шматов А. О. Дослідження зарубіжного досвіду боротьби з ожеледно-паморозевими відкладеннями на проводах повітряних лініях електропередачі. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність. 2023. No. 1 (6). P. 45–50. URL: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.03 (date of access: 08.03.2025).

Крижов Г. П., Удод Т. Є., Гримуд Г. І. Ожеледно-вітрові навантаження, галопування проводів повітряних ліній електропередавання та боротьба з ними. Київ : ДП НТУКЦ Аселенерго, 2010. 456 с.

Automated Icing Monitoring System on the territory of the Czech and Slovak Republic / J. Šabata et al. Proceedings - Int. Workshop Atmos. Icing Struct. IWAIS 2015, Uppsala. 2015. P. 245–248.

Lacavalla M., Marcacci P., Freddo A. Wet-Snow Activity Research in Italy. Proceedings - Int. Workshop Atmos. Icing Struct. IWAIS 2015, Uppsala. 2015. P. 17–24.

Prediction of Transmission Line Icing Using Machine Learning Based on GS-XGBoost / Y. Ma et al. Journal of Sensors. 2022. P. 1–9. URL: https://doi.org/10.1155/2022/2753583 (date of access: 08.03.2025).

Research of icing thickness on transmission lines based on fuzzy Markov chain prediction / C. Liu et al. 2013 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices (ASEMD), Beijing, China, 25–27 October 2013. 2013. URL: https://doi.org/10.1109/asemd.2013.6780786 (date of access: 08.03.2025).

Prediction of Conductor Icing Thickness Based on Random Forest and WRF Models / Q. Wang et al. 2021 International Conference on Intelligent Computing, Automation and Applications (ICAA), Nanjing, China, 25–27 June 2021. 2021. URL: https://doi.org/10.1109/icaa53760.2021.00174 (date of access: 08.03.2025).

A Classification Method for Transmission Line Icing Process Curve Based on Hierarchical K-Means Clustering / Y. Hao et al. Energies. 2019. Vol. 12, no. 24. P. 4786. URL: https://doi.org/10.3390/en12244786 (date of access: 08.03.2025).

Transmission Line Ice Coating Prediction Model Based on EEMD Feature Extraction / H. Li et al. IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 40695–40706. URL: https://doi.org/10.1109/access.2019.2907635 (date of access: 08.03.2025).

Порівняння методів моніторингу ожеледі високовольтних ліній електропередачі та огляд вимірювальної апаратури, що використовується для діагностики таких ліній / Н. Крюкова та ін. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин i апаратiв. Теорiя i практика. 2023. № 1 (9). С. 63–66. URL: https://doi.org/10.20998/2079-3944.2023.1.10 (дата звернення: 26.02.2025).

Lijia R., Hong L., Yan L. On-line monitoring and prediction for transmission line sag. 2012 IEEE International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), Bali, Indonesia, 23–27 September 2012. 2012. URL: https://doi.org/10.1109/cmd.2012.6416272 (date of access: 06.04.2025).

Optical Fiber Sensors: Working Principle, Applications, and Limitations / M. Elsherif et al. Advanced Photonics Research. 2022. P. 2100371. URL: https://doi.org/10.1002/adpr.202100371 (date of access: 05.03.2025).

Лежнюк П. Д., Черкашина В. В., Сікорська О. В. Волоконно-оптичний датчик для контролю параметрів повітряних ліній електропередачі. Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. 2024. Т. 47, № 1. С. 213–221. URL: https://doi.org/10.31649/1681-7893-2024-47-1-213-221 (дата звернення: 05.03.2025).

A Monitoring Method for the Ice Shape and the Freeze-Thaw Process of Ice Accretion on Transmission Lines Based on Circular FBG Plane Principal Strain Sensor / Z. Qin et al. preprint arXiv:2502.16798. 2025. URL: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.16798.

Overhead Transmission Line Sag Estimation Using the Simple Opto-Mechanical System with Fiber Bragg Gratings–Part 2: Interrogation System / K. Skorupski et al. Sensors. 2020. Vol. 20, no. 9. URL: https://doi.org/10.3390/s20092652 (date of access: 06.04.2025).

Cloet E., Lilien J.-L. Uprating Transmission Lines through the use of an innovative real-time monitoring system. ESMO 2011 - 2011 IEEE 12th International Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live- Line Maintenance, Providence, RI, USA, 16–19 May 2011. 2011. URL: https://doi.org/10.1109/tdcllm.2011.6042218 (date of access: 09.03.2025).

Wang J. Automatic location method for high-risk area of ice dance disaster on 220kV high voltage transmission line. 9th International Conference on Electromechanical Control Technology and Transportation (ICECTT 2024), Guilin, China, 24–26 May 2024 / ed. by J. Wu, A. Ma'aram. 2024. P. 139. URL: https://doi.org/10.1117/12.3039661 (date of access: 09.03.2025).

Yaroslavsky D. A. Studying the Model of Free Harmonic Oscillations of Overhead Power Lines. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020. Vol. 8, no. 6. P. 2663–2667. URL: https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/72862020 (date of access: 09.03.2025).

Аэродинамика электросетевых конструкций: Aerodynamics of power transmission line / Е. В. Горохов та ін. Донецк, 2000. 332 с.

A novel thickness detection method of ice covering on overhead transmission line / X.-j. Zeng et al. Energy Procedia. 2012. Vol. 14. P. 1349–1354. URL: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1100 (date of access: 07.03.2025).

Experimental Study on Icing Monitoring Method Based on Capacitance Measurement for Transmission Lines / H. Huan et al. 2022 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Applications (ICHVE), Chongqing, China, 25–29 September 2022. 2022. URL: https://doi.org/10.1109/ichve53725.2022.9961547 (date of access: 19.04.2025).

An autonomous sensor system for monitoring of high voltage overhead power supply lines / M. Moser et al. Elektrotechnik und Informationstechnik. 2009. Vol. 126, no. 5. P. 214–219. URL: https://doi.org/10.1007/s00502-009-0637-1 (date of access: 19.04.2025).

Model based monitoring of ice accretion on overhead power lines / T. Bretterklieber et al. 2016 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), Taipei, Taiwan, 23–26 May 2016. 2016. URL: https://doi.org/10.1109/i2mtc.2016.7520468 (date of access: 19.04.2025).

Kozlovskyi O., Trushakov D., Rendzinyak S. A measuring transducer in the system of technical diagnosis of overhead lines icing in electrical distribution networks. Computational Problems of Electrical Engineering Journal. 2015. Vol. 5, no. 1. P. 17–22.

Patch antenna sensor for wireless ice and frost detection / R. Kozak et al. Scientific Reports. 2021. Vol. 11, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-021-93082-2 (date of access: 24.05.2025).

Sag Monitoring of Overhead Power Lines based on Image Processing / A. Abed et al. 2021 18th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), Monastir, Tunisia, 22–25 March 2021. 2021. URL: https://doi.org/10.1109/ssd52085.2021.9429442 (date of access: 06.04.2025).

The Recognition and Detection Technology of Ice covered Insulators under Complex Environment / X.-b. Huang et al. Proceedings - Int. Workshop Atmos. Icing Struct, Uppsala. 2015. P. 31–35.

Image Recognition of Icing Thickness on Power Transmission Lines Based on a Least Squares Hough Transform / J. Wang et al. Energies. 2017. Vol. 10, no. 4. P. 415. URL: https://doi.org/10.3390/en10040415 (date of access: 07.03.2025).

Icing-EdgeNet: A Pruning Lightweight Edge Intelligent Method of Discriminative Driving Channel for Ice Thickness of Transmission Lines / B. Wang et al. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021. Vol. 70. P. 1–12. URL: https://doi.org/10.1109/tim.2020.3018831 (date of access: 07.03.2025).

Ice thickness detection method for overhead transmission lines based on remote sensing satellite data and SVM algorithm / K. Zhou et al. Second International Conference on Environmental Remote Sensing and Geographic Information Technology (ERSGIT 2023), Xi’an, China, 10–12 November 2023 / ed. by J. Qin, W. Yu. 2024. URL: https://doi.org/10.1117/12.3024644 (date of access: 08.03.2025).

Nusantika N. R., Hu X., Xiao J. Newly Designed Identification Scheme for Monitoring Ice Thickness on Power Transmission Lines. Applied Sciences. 2023. Vol. 13, no. 17. P. 9862. URL: https://doi.org/10.3390/app13179862 (date of access: 24.05.2025).

Sermet M. Y., Demir I., Kucuksari S. Overhead Power Line Sag Monitoring through Augmented Reality. 2018 North American Power Symposium (NAPS), Fargo, ND, 9–11 September 2018. 2018. URL: https://doi.org/10.1109/naps.2018.8600565 (date of access: 22.04.2025).

Detector for indicating ice formation on the wing of an aircraft : patent US5467944A United States. Published on 21.11.1995.

Fundamentals of Monitoring Condensation and Frost/Ice Formation in Cold Environments Using Thin-Film Surface-Acoustic-Wave Technology / X. Zeng et al. ACS Applied Materials & Interfaces. 2023. URL: https://doi.org/10.1021/acsami.3c04854 (date of access: 09.03.2025).

Chen Y., Ding X. A survey of sag monitoring methods for power grid transmission lines. IET Generation, Transmission & Distribution. 2023. URL: https://doi.org/10.1049/gtd2.12778 (date of access: 27.03.2024).

Measurement and monitoring of overhead transmission line sag in smart grid: A review / A. U. Mahin et al. IET Generation, Transmission & Distribution. 2021. URL: https://doi.org/10.1049/gtd2.12271 (date of access: 27.03.2024).

Research on Sag Online Monitoring System for Power Transmission Wire Based on Tilt Measurement / X. Xiao et al. International Journal of Smart Grid and Clean Energy. 2013. Vol. 2, no. 1. P. 6–11. URL: https://doi.org/10.12720/sgce.2.1.6-11 (date of access: 09.03.2025).

Malhara S., Vittal V. Mechanical State Estimation of Overhead Transmission Lines Using Tilt Sensors. IEEE Transactions on Power Systems. 2010. Vol. 25, no. 3. P. 1282–1290. URL: https://doi.org/10.1109/tpwrs.2009.2038703 (date of access: 09.03.2025).

Power line sag monitor : patent US6205867B1 United States. URL: https://patents.google.com/patent/US6205867B1/en.

Математичні моделі моніторингу відкладень ожеледі та зміни стріли провисання проводів повітряних ліній електропередавання / Т. Л. Кацадзе та ін. Праці інституту електродинаміки Національної академії наук України. 2024. № 68. С. 75–80. URL: https://doi.org/10.15407/publishing2024.68.075 (дата звернення: 09.03.2025).

Перспективи сучасних методів дистанційного контролю ліній електропередачі / Є. Гончаров та ін. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях. 2020. № 2(4). С. 145–151. URL: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.02.19 (дата звернення: 26.02.2025).

An IoT-based Sag Monitoring System for Overhead Transmission Lines / T. S. Hsu et al. 2019 IEEE PES GTD Grand International Conference and Exposition Asia (GTD Asia), Bangkok, Thailand, 19–23 March 2019. 2019. URL: https://doi.org/10.1109/gtdasia.2019.8715975 (date of access: 22.04.2025).

Transmission Line Sag Measurement and Simulation Research Based on Non-Contact Electric Field Sensing / J. Zuo et al. Sensors. 2022. Vol. 22, no. 21. P. 8379. URL: https://doi.org/10.3390/s22218379 (date of access: 20.04.2025).

Mukherjee M., Olsen R. G., Li Z. Noncontact Monitoring of Overhead Transmission Lines Using Space Potential Phasor Measurements. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2020. Vol. 69, no. 10. P. 7494–7504. URL: https://doi.org/10.1109/tim.2020.2983576 (date of access: 20.04.2025).

Magnetic-Field-Sensing-Based Approach for Current Reconstruction, Sag Detection, and Inclination Detection for Overhead Transmission System / Q. Xu et al. IEEE Transactions on Magnetics. 2019. Vol. 55, no. 7. P. 1–7. URL: https://doi.org/10.1109/tmag.2019.2905567 (date of access: 21.04.2025).

Millimeter Wave Based Real-Time Sag Measurement and Monitoring System of Overhead Transmission Lines in a Smart Grid / A. U. Mahin et al. IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 100754–100767. URL: https://doi.org/10.1109/access.2020.2997252 (date of access: 22.04.2025).

Kamboj S., Dahiya R. Application of GPS for Sag Measurement of Overhead Power Transmission Line. International Journal on Electrical Engineering and Informatics. 2011. Vol. 3, no. 3. P. 268–277. URL: https://doi.org/10.15676/ijeei.2011.3.3.1 (date of access: 10.03.2025).

Mensah-Bonsu, Heydt. Overhead Transmission Conductor Sag: A Novel Measurement Technique and the Relation of Sag to Real Time Circuit Ratings. Electric Power Components and Systems. 2003. Vol. 31, no. 1. P. 61–69. URL: https://doi.org/10.1080/15325000390112062 (date of access: 06.04.2025).

Application of vision measurements for modal analysis of wires for the purpose of overhead transmission lines monitoring / K. Mendrok et al. Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 842. URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/842/1/012011 (date of access: 09.03.2025).

A novel machine learning-based ice detection approach for power transmission lines by utilizing FBG micro-meteorological sensors / R. Zhou et al. Optics Express. 2023. URL: https://doi.org/10.1364/oe.477309 (date of access: 24.05.2025).

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-01-13

Номер

№ 4 (2025): 82

Розділ

МОНІТОРИНГ, ДІАГНОСТИКА ТА КЕРУВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ ТА ОБЛАДНАННЯМ

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).