输配电装备覆冰会极大影响电网运行安全，自2008年全国大范围冰灾以来，全国开展了大量的研究，提出了各类防冰、融冰方法，有效防止了我国电网大面覆冰灾的发生。但十余年来，由于覆冰导致的电网事故仍时有发生，其中不能准确实时地监测电力设备覆冰状态是主要原因之一。因此，探索新的覆冰监测技术、提高覆冰监测精准度仍是电网防冰减灾的关键技术难题。

研究人员在覆冰监测领域开展了大量研究，传统监测方法包括建立观冰站、人工巡检、架设模拟导线等方法。这些方法效率低、误差大，无法实时反馈微地形小气候电网的局部覆冰状态。

随着传感技术的不断发展与智能电网的建设需要，覆冰在线监测已逐渐成为电网冰灾防御的重要一环。基于电容效应的覆冰监测方法有一定的应用前景，但在自然覆冰过程中，受到风速、风向、温湿度等气候条件影响，覆冰的增长过程常不规律，且形状大多不规则，在线路上常见的翼形、新月形不规则覆冰下，受制于电极形式单一，上述方法难以做到覆冰厚度的准确测量，具有较大局限性。

研究新型覆冰厚度测量方法具有重要的工程价值，重庆大学等单位的蒋兴良、周文轩等学者，基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。

图1 旋转圆柱三电极阵列结构

研究者首先推导电容值与覆冰厚度计算公式，从理论上说明该方法的可行性；其次，建立圆柱三电极阵列有限元模型并对其结构参数进行有限元数值计算；再次，以信号强度、灵敏度与穿透深度为评价指标对圆柱三电极阵列选取合适参数；最后，在野外自然环境下对旋转圆柱三电极阵列覆冰测量装置进行试验。

图2 旋转圆柱三电极阵列覆冰电容监测装置

仿真结果显示，电极覆盖率、电极外径、三电极阵列增大将使圆柱三电极阵列的信号强度与灵敏度增大。电极厚度对其覆冰电容测量性能几乎没有影响。

图3 装置的安装位置图

他们设计并研制了旋转圆柱三电极阵列覆冰监测装置，通过自然覆冰试验对其覆冰电容测量性能进行验证。在雨凇和混合凇覆冰时，穿透深度约为12 mm，且在穿透深度内，圆柱三电极阵列拥有较高测量灵敏度，能够较为准确地测量覆冰厚度，同时分辨覆冰类型。

图4 计算机端数据采集软件

研究者指出。旋转圆柱三电极阵列覆冰监测装置实现了覆冰电容值的自动化数据采集，对比试验与仿真结果，电容值平均误差最大为4.83%，能够满足覆冰厚度的在线测量要求，为输配电装备覆冰在线监测提供了一种新的思路，未来有望应用于架空线路覆冰在线监测。

本工作成果发表在2024年第5期《电工技术学报》，论文标题为“基于旋转圆柱三电极阵列的覆冰测量方法”。本课题得到国家自然科学基金和重庆市技术创新与应用发展专项重点项目的支持。