電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用探討

韋劍喆

(廣西萬信工程咨詢有限責(zé)任公司，廣西南寧 530031)

[摘要]輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的不斷成熟為輸電線路的穩(wěn)定運行及相關(guān)決策工作提供了可靠的信息基礎(chǔ)。未來輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)智能化水平還將不斷提升。整體監(jiān)測質(zhì)量及效率也會進(jìn)一步提升，為電網(wǎng)穩(wěn)定運營提供保障。

關(guān)鍵詞 電網(wǎng)輸電線路 在線監(jiān)測 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號TM76

0引言

近年來，輸電線路多數(shù)是裸露在野外的。其位置和環(huán)境的情況都很復(fù)雜，且安裝桿塔的地點較多、距離較長、面積較廣，電器設(shè)備同樣長期暴露在野外惡劣的環(huán)境下。惡劣天氣在威脅設(shè)備安全可靠運行的同時，各類違法違章的案件也時有發(fā)生，如盜竊電網(wǎng)線纜和設(shè)備器件、在超過高壓允許的安全距離內(nèi)進(jìn)行建筑拆建等。因此，在輸電線路遭受破壞之前能否及時監(jiān)測到可能受到的損害，并及時制止破壞行為，起著至關(guān)重要的作用。輸電線路防外力破壞應(yīng)用最為廣泛的是單一的視頻技術(shù)，但容易受到天氣的影響，而且功耗比較大。超聲波技術(shù)同樣有監(jiān)測死角、功耗較大等不足。鑒于雷達(dá)所具有對溫濕度變化噪聲和光線靈敏度低以及抗射頻干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。作為新興技術(shù)，將被廣泛地投入到實際應(yīng)用中。但是，雷達(dá)同樣存在價格高、安裝不便等問題，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。

1輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)簡介

在線監(jiān)測始于20世紀(jì)90年代初，至今已有接近30年的發(fā)展歷史。在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展初期，主要以科研院校理論研究工作為主。當(dāng)時相關(guān)技術(shù)體系并不成熟，且受限于其他技術(shù)如通信、傳感器技術(shù)影響等，尚未實現(xiàn)商業(yè)化。進(jìn)入21世紀(jì)后，在輸電技術(shù)及通信技術(shù)等快速發(fā)展的背景下，在線監(jiān)測逐漸成為了輸電線路運行的剛性需求，所衍生的產(chǎn)品也變得愈來愈多，在電力系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用范圍變得愈來愈廣口]。但整體系統(tǒng)架構(gòu)還不夠規(guī)范，且缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，信息孤島現(xiàn)象較為普遍，這在一定程度上限制了在線監(jiān)測技術(shù)的作用。近年來，我國大力倡導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)，逐步完善了輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)系統(tǒng)架梅，使得輸電線路在線監(jiān)測趨于成熟，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運營提供了基礎(chǔ)保障。

輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)是指在輸電線路運行中安裝監(jiān)測儀器，實時監(jiān)測設(shè)備，并進(jìn)行相關(guān)記錄，將記錄的信息上傳到監(jiān)控中心。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對監(jiān)測中心收集、分析和判斷的運行線路狀態(tài)，對可能存在的風(fēng)險因素進(jìn)行預(yù)測，使相關(guān)人員提前做好準(zhǔn)備，在第一時間采取措施，降低風(fēng)險系數(shù)，避免困線路故障造成重大損失。輸電線路監(jiān)測技術(shù)也是輸電線路狀態(tài)檢修技術(shù)，能夠保證輸電線路的運行安全。輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)能夠起到良好的監(jiān)控效果，主要原因在于對輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計主要有兩個網(wǎng)絡(luò)組件，包括在線檢測、在線監(jiān)測裝置、基站監(jiān)控中心以及監(jiān)控設(shè)備的在線監(jiān)測包括導(dǎo)線覆冰和溫度在線監(jiān)測。此外，輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理是首先掌握輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的各種參數(shù)，即運行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過對技術(shù)參數(shù)的分析和收集的信息來判斷的輸電線路的運行狀況，工作人員則查看信息技術(shù)參數(shù)和預(yù)測可能出現(xiàn)的問題。

2輸電線路在線監(jiān)測內(nèi)容分析

輸電線路在線監(jiān)測內(nèi)容較多，主要包括以下幾個方面：

2.1圖像監(jiān)測

圖像監(jiān)測是輸電線路在線監(jiān)測的基本手段。通過視頻圖像對輸電線路周圍環(huán)境進(jìn)行全天候監(jiān)控，能夠隨時了解輸電線路的危險點、導(dǎo)線舞動、風(fēng)偏變化、懸掛異物、塔材等情況。

2.2溫度監(jiān)測

導(dǎo)線溫度與其載流量密切相關(guān)。除此之外，導(dǎo)線溫度與環(huán)境溫度、氣候條件、風(fēng)速等也存在緊密關(guān)聯(lián)。客觀上來看導(dǎo)線的最高允許溫度(70℃)是一個理論值，其結(jié)果是相對保守的。在實際環(huán)境當(dāng)中，設(shè)定值遠(yuǎn)高于理論值。換句話說，導(dǎo)線允許流量實際值與規(guī)定值之間存在著隱形容量。需要借助測溫系統(tǒng)實現(xiàn)導(dǎo)線溫度監(jiān)測，從而及時獲得輸電線路潮流變化、線路運行溫度變化情況，以此來分析輸電線路輸送余量，從而為輸電線路動態(tài)擴(kuò)容提供依據(jù)。

2.3覆冰監(jiān)測

受環(huán)境影響，輸電線路覆冰因素較多，包括霧凇、濕雪、凍霧覆冰等。影響覆冰的主要因素包括氣溫、濕度、風(fēng)等。當(dāng)導(dǎo)線迎風(fēng)面覆冰達(dá)到一定厚度時，受不平衡力影響，導(dǎo)線可能出現(xiàn)反復(fù)扭轉(zhuǎn)。因此，需要通過專門的覆冰監(jiān)測系統(tǒng)來綜合判斷導(dǎo)線的覆冰情況，以便清楚地掌握覆冰的特征及規(guī)律，從而對覆蓋冰進(jìn)行有效處理。

2.4線路舞動

輸電線路舞動主要是空氣動力不穩(wěn)定所導(dǎo)致，其主要影響因素包括風(fēng)的激勵、線路結(jié)構(gòu)以及覆冰等。若導(dǎo)線舞動幅度偏大，擺動頻率較高，可能會造成相間閃絡(luò)、金具損壞等，甚至可能導(dǎo)致線路跳閘、導(dǎo)線折斷等事故，對電網(wǎng)正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成分析

3.1圖像監(jiān)測子系統(tǒng)

輸電線路視頻圖像監(jiān)測子系統(tǒng)主要由監(jiān)控軟件及視頻系統(tǒng)服務(wù)器構(gòu)成。其中監(jiān)控軟件能夠?qū)崿F(xiàn)視頻抓拍、定時錄像、云臺控制、參數(shù)設(shè)定等功能。監(jiān)控軟件模塊包括了錄像管理、設(shè)備管理、用電管理、系統(tǒng)管理、Web管理等功能性模塊，利用Web服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、流媒體傳輸服務(wù)等來實現(xiàn)監(jiān)控功能。視頻采集過程中，視頻信號處理以CMAC視頻壓縮算法為主。該算法可對色度壓縮進(jìn)行特殊處理，在保證高壓縮效率的情況下，能夠獲得較為理想的清晰度及色彩還原質(zhì)量，占用系統(tǒng)容量較小。

3.2導(dǎo)線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)

導(dǎo)線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)主要是對導(dǎo)線運行溫度進(jìn)行監(jiān)測，并能夠以數(shù)據(jù)列表及組態(tài)圖的方式呈現(xiàn)給用戶。溫度監(jiān)測子系統(tǒng)主要由溫度傳感器、電源模塊及通信模塊構(gòu)成。除了可利用傳統(tǒng)電源供電外，還可采取太陽能或風(fēng)能供電的方式來保證相關(guān)模塊的穩(wěn)定運行。在此基礎(chǔ)上，以風(fēng)光互補(bǔ)的方式進(jìn)行供電設(shè)計能夠進(jìn)一步強(qiáng)化子系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。溫度傳感器方面則采取互感取能的方式進(jìn)行電能供給。通信方面，隨著Wi- Fi、4G等技術(shù)的不斷成熟，傳統(tǒng)的紅外、RS232等短距離通信方式將逐漸被Wi- Fi、4G等取代。導(dǎo)線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)能夠?qū)崟r反映導(dǎo)線溫度情況，通過遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)崿F(xiàn)線路動態(tài)增容。

3.3覆冰在線監(jiān)測子系統(tǒng)

線路容易覆冰的溫度通常為-8～0℃，并且要求空氣濕度達(dá)到90%以上。當(dāng)環(huán)境溫度及濕度條件均具備時，風(fēng)速也就成為了決定覆冰厚度的最重要參數(shù)。覆冰在線監(jiān)測子系統(tǒng)可對絕緣子串傾斜角、風(fēng)偏角及拉力進(jìn)行實時監(jiān)測，再配合微氣象環(huán)境監(jiān)測裝置來構(gòu)建相關(guān)數(shù)學(xué)模型，即可實現(xiàn)線路覆冰綜合監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)覆冰異常狀態(tài)時，系統(tǒng)會主動反饋預(yù)警信息，有利于提前做出針對性預(yù)防措施。

3.4線路舞動在線監(jiān)測子系統(tǒng)

線路舞動在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要監(jiān)測參數(shù)包括舞動半波數(shù)、舞動頻率、振幅、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度等。以一檔內(nèi)多個舞動點的加速度對線路舞動情況進(jìn)行分析、計算，獲得檔內(nèi)線路基本信息，同時可根據(jù)舞動線路的舞動半波數(shù)及導(dǎo)線運行的軌跡相關(guān)參數(shù)，分析線路是否存在舞動危害，并由預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出報警信息，從而為運行單位輔助決策或決策提供可靠信息依據(jù)。

4一種新型輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

新型檢測系統(tǒng)是綜合采用雷達(dá)與視頻相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)，將雷達(dá)裝置在現(xiàn)場部署時正對地面，其監(jiān)控區(qū)域?qū)儆谏刃螀^(qū)域，在兩級桿塔之間可以涉及的范圍幾乎全部涵蓋。系統(tǒng)可以采用三塊雷達(dá)，三者分工明確，組成監(jiān)測前、中、后三個范圍。其中前后為斜面監(jiān)測，三塊雷達(dá)之間的夾角預(yù)示其監(jiān)控視角，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行自由設(shè)置達(dá)到最佳監(jiān)視。當(dāng)物體移動至前后雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域時，裝置捕獲到斜面測量距離，通過斜面與垂直夾角，迅速計算出物體的垂直高度，繼而通過視頻監(jiān)測系統(tǒng)判定模型得出即將出現(xiàn)的危險。如果超過安全距離，判定模塊會迅速將預(yù)警信息發(fā)送至集中控制單元，單元將信號快速聯(lián)動發(fā)送至前端喊話與警燈裝置，警示裝置以聲音和燈光震懾現(xiàn)場，起到預(yù)防作用;如果入侵物體仍舊堅持通道垂直區(qū)域，提示事故已發(fā)生。在雷達(dá)視頻分析設(shè)備聯(lián)合系統(tǒng)中，采用功耗低雷達(dá)。雷達(dá)掃描部分可采用二次電壓變換和穩(wěn)壓濾波處理，外部提供電源。該部分整體功耗不超過1/5，而在雷達(dá)掃描中，無破壞入侵物時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺設(shè)備處于休眠狀態(tài)，視頻球機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。這樣可以使雷達(dá)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)智能視頻系統(tǒng)設(shè)備功耗比較大大縮減。雷達(dá)視頻監(jiān)控系統(tǒng)能準(zhǔn)確定位和判斷入侵物體的位置推斷物體的類型，從而達(dá)到準(zhǔn)確率高、無誤報的目的：

5結(jié)論

隨著我國電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)得到了人們的廣泛認(rèn)可，并對其進(jìn)行了深入的研究，在線檢測技術(shù)有效減少了由于輸電線路故障因素所造成的災(zāi)害。但是，目前所使用的輸電線路在線檢測技術(shù)還存在一定的弊端，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。對輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的研究依然任重而道遠(yuǎn)。

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