電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用探討

韋劍喆

(廣西萬信工程咨詢有限責任公司，廣西南寧 530031)

[摘要]輸電線路在線監(jiān)測技術的不斷成熟為輸電線路的穩(wěn)定運行及相關決策工作提供了可靠的信息基礎。未來輸電線路在線監(jiān)測技術智能化水平還將不斷提升。整體監(jiān)測質量及效率也會進一步提升，為電網(wǎng)穩(wěn)定運營提供保障。

關鍵詞 電網(wǎng)輸電線路 在線監(jiān)測 系統(tǒng)設計

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)境的情況都很復雜，且安裝桿塔的地點較多、距離較長、面積較廣，電器設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)線纜和設備器件、在超過高壓允許的安全距離內(nèi)進行建筑拆建等。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，起著至關重要的作用。輸電線路防外力破壞應用最為廣泛的是單一的視頻技術，但容易受到天氣的影響，而且功耗比較大。超聲波技術同樣有監(jiān)測死角、功耗較大等不足。鑒于雷達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等優(yōu)點。作為新興技術，將被廣泛地投入到實際應用中。但是，雷達同樣存在價格高、安裝不便等問題，需要進行進一步的研究和探討。

1輸電線路在線監(jiān)測技術簡介

在線監(jiān)測始于20世紀90年代初，至今已有接近30年的發(fā)展歷史。在線監(jiān)測技術發(fā)展初期，主要以科研院校理論研究工作為主。當時相關技術體系并不成熟，且受限于其他技術如通信、傳感器技術影響等，尚未實現(xiàn)商業(yè)化。進入21世紀后，在輸電技術及通信技術等快速發(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)當中的應用范圍變得愈來愈廣口]。但整體系統(tǒng)架構還不夠規(guī)范，且缺乏相應的技術標準，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)測技術的作用。近年來，我國大力倡導智能電網(wǎng)建設，逐步完善了輸電線路在線監(jiān)測技術標準及相關系統(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)定運營提供了基礎保障。

輸電線路在線監(jiān)測技術是指在輸電線路運行中安裝監(jiān)測儀器，實時監(jiān)測設備，并進行相關記錄，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)，對可能存在的風險因素進行預測，使相關人員提前做好準備，在第一時間采取措施，降低風險系數(shù)，避免困線路故障造成重大損失。輸電線路監(jiān)測技術也是輸電線路狀態(tài)檢修技術，能夠保證輸電線路的運行安全。輸電線路在線監(jiān)測技術已經(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)的設計主要有兩個網(wǎng)絡組件，包括在線檢測、在線監(jiān)測裝置、基站監(jiān)控中心以及監(jiān)控設備的在線監(jiān)測包括導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參數(shù)和預測可能出現(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)境進行全天候監(jiān)控，能夠隨時了解輸電線路的危險點、導線舞動、風偏變化、懸掛異物、塔材等情況。

2.2溫度監(jiān)測

導線溫度與其載流量密切相關。除此之外，導線溫度與環(huán)境溫度、氣候條件、風速等也存在緊密關聯(lián)。客觀上來看導線的最高允許溫度(70℃)是一個理論值，其結果是相對保守的。在實際環(huán)境當中，設定值遠高于理論值。換句話說，導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、風等。當導線迎風面覆冰達到一定厚度時，受不平衡力影響，導線可能出現(xiàn)反復扭轉。因此，需要通過專門的覆冰監(jiān)測系統(tǒng)來綜合判斷導線的覆冰情況，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)定所導致，其主要影響因素包括風的激勵、線路結構以及覆冰等。若導線舞動幅度偏大，擺動頻率較高，可能會造成相間閃絡、金具損壞等，甚至可能導致線路跳閘、導線折斷等事故，對電網(wǎng)正常運行產(chǎn)生嚴重影響。

3輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)構成分析

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)服務器構成。其中監(jiān)控軟件能夠實現(xiàn)視頻抓拍、定時錄像、云臺控制、參數(shù)設定等功能。監(jiān)控軟件模塊包括了錄像管理、設備管理、用電管理、系統(tǒng)管理、Web管理等功能性模塊，利用Web服務、數(shù)據(jù)庫服務、流媒體傳輸服務等來實現(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量，占用系統(tǒng)容量較小。

3.2導線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)

導線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)主要是對導線運行溫度進行監(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成。除了可利用傳統(tǒng)電源供電外，還可采取太陽能或風能供電的方式來保證相關模塊的穩(wěn)定運行。在此基礎上，以風光互補的方式進行供電設計能夠進一步強化子系統(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行電能供給。通信方面，隨著Wi- Fi、4G等技術的不斷成熟，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。導線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)能夠實時反映導線溫度情況，通過遠程控制，能夠實現(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到90%以上。當環(huán)境溫度及濕度條件均具備時，風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、風偏角及拉力進行實時監(jiān)測，再配合微氣象環(huán)境監(jiān)測裝置來構建相關數(shù)學模型，即可實現(xiàn)線路覆冰綜合監(jiān)測。當出現(xiàn)覆冰異常狀態(tài)時，系統(tǒng)會主動反饋預警信息，有利于提前做出針對性預防措施。

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、風速、風向、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)及導線運行的軌跡相關參數(shù)，分析線路是否存在舞動危害，并由預警系統(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)是綜合采用雷達與視頻相結合的監(jiān)控系統(tǒng)，將雷達裝置在現(xiàn)場部署時正對地面，其監(jiān)控區(qū)域屬于扇形區(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，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，三塊雷達之間的夾角預示其監(jiān)控視角，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行自由設置達到最佳監(jiān)視。當物體移動至前后雷達監(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。在雷達視頻分析設備聯(lián)合系統(tǒng)中，采用功耗低雷達。雷達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，而在雷達掃描中，無破壞入侵物時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺設備處于休眠狀態(tài)，視頻球機處于關機狀態(tài)。這樣可以使雷達視頻監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)智能視頻系統(tǒng)設備功耗比較大大縮減。雷達視頻監(jiān)控系統(tǒng)能準確定位和判斷入侵物體的位置推斷物體的類型，從而達到準確率高、無誤報的目的：

5結論

隨著我國電網(wǎng)技術的快速發(fā)展，輸電線路在線監(jiān)測技術得到了人們的廣泛認可，并對其進行了深入的研究，在線檢測技術有效減少了由于輸電線路故障因素所造成的災害。但是，目前所使用的輸電線路在線檢測技術還存在一定的弊端，需要進一步進行改進。對輸電線路在線監(jiān)測技術的研究依然任重而道遠。

參考文獻

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