電網輸電線路在線監測系統設計與應用探討

韋劍喆

(廣西萬信工程咨詢有限責任公司，廣西南寧 530031)

[摘要]輸電線路在線監測技術的不斷成熟為輸電線路的穩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測技術智能化水平還將不斷提升。整體監測質量及效率也會進一步提升，為電網穩定運營提供保障。

關鍵詞 電網輸電線路 在線監測 系統設計

中圖分類號TM76

0引言

近年來，輸電線路多數是裸露在野外的。其位置和環境的情況都很復雜，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生，如盜竊電網線纜和設備器件、在超過高壓允許的安全距離內進行建筑拆建等。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輸電線路在線監測技術簡介

在線監測始于20世紀90年代初，至今已有接近30年的發展歷史。在線監測技術發展初期，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，尚未實現商業化。進入21世紀后，在輸電技術及通信技術等快速發展的背景下，在線監測逐漸成為了輸電線路運行的剛性需求，所衍生的產品也變得愈來愈多，在電力系統當中的應用范圍變得愈來愈廣口]。但整體系統架構還不夠規范，且缺乏相應的技術標準，信息孤島現象較為普遍，這在一定程度上限制了在線監測技術的作用。近年來，我國大力倡導智能電網建設，逐步完善了輸電線路在線監測技術標準及相關系統架梅，使得輸電線路在線監測趨于成熟，為電網安全、穩定運營提供了基礎保障。

輸電線路在線監測技術是指在輸電線路運行中安裝監測儀器，實時監測設備，并進行相關記錄，將記錄的信息上傳到監控中心。根據監測數據對監測中心收集、分析和判斷的運行線路狀態，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，避免困線路故障造成重大損失。輸電線路監測技術也是輸電線路狀態檢修技術，能夠保證輸電線路的運行安全。輸電線路在線監測技術已經能夠起到良好的監控效果，主要原因在于對輸電線路在線監測系統的設計主要有兩個網絡組件，包括在線檢測、在線監測裝置、基站監控中心以及監控設備的在線監測包括導線覆冰和溫度在線監測。此外，輸電線路在線監測系統的工作原理是首先掌握輸電線路在線監測技術的各種參數，即運行參數、環境參數。在線監測系統主要是通過對技術參數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和預測可能出現的問題。

2輸電線路在線監測內容分析

輸電線路在線監測內容較多，主要包括以下幾個方面：

2.1圖像監測

圖像監測是輸電線路在線監測的基本手段。通過視頻圖像對輸電線路周圍環境進行全天候監控，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溫度監測

導線溫度與其載流量密切相關。除此之外，導線溫度與環境溫度、氣候條件、風速等也存在緊密關聯。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定值之間存在著隱形容量。需要借助測溫系統實現導線溫度監測，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擴容提供依據。

2.3覆冰監測

受環境影響，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，導線可能出現反復扭轉。因此，需要通過專門的覆冰監測系統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，對電網正常運行產生嚴重影響。

3輸電線路在線監測系統構成分析

3.1圖像監測子系統

輸電線路視頻圖像監測子系統主要由監控軟件及視頻系統服務器構成。其中監控軟件能夠實現視頻抓拍、定時錄像、云臺控制、參數設定等功能。監控軟件模塊包括了錄像管理、設備管理、用電管理、系統管理、Web管理等功能性模塊，利用Web服務、數據庫服務、流媒體傳輸服務等來實現監控功能。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，占用系統容量較小。

3.2導線溫度監測子系統

導線溫度監測子系統主要是對導線運行溫度進行監測，并能夠以數據列表及組態圖的方式呈現給用戶。溫度監測子系統主要由溫度傳感器、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運行的穩定性。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。導線溫度監測子系統能夠實時反映導線溫度情況，通過遠程控制，能夠實現線路動態增容。

3.3覆冰在線監測子系統

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。覆冰在線監測子系統可對絕緣子串傾斜角、風偏角及拉力進行實時監測，再配合微氣象環境監測裝置來構建相關數學模型，即可實現線路覆冰綜合監測。當出現覆冰異常狀態時，系統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線路舞動在線監測子系統

線路舞動在線監測子系統主要監測參數包括舞動半波數、舞動頻率、振幅、風速、風向、氣溫、濕度等。以一檔內多個舞動點的加速度對線路舞動情況進行分析、計算，獲得檔內線路基本信息，同時可根據舞動線路的舞動半波數及導線運行的軌跡相關參數，分析線路是否存在舞動危害，并由預警系統發出報警信息，從而為運行單位輔助決策或決策提供可靠信息依據。

4一種新型輸電線路在線監測系統

新型檢測系統是綜合采用雷達與視頻相結合的監控系統，將雷達裝置在現場部署時正對地面，其監控區域屬于扇形區域，在兩級桿塔之間可以涉及的范圍幾乎全部涵蓋。系統可以采用三塊雷達，三者分工明確，組成監測前、中、后三個范圍。其中前后為斜面監測，三塊雷達之間的夾角預示其監控視角，可根據現場實際情況進行自由設置達到最佳監視。當物體移動至前后雷達監視區域時，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，繼而通過視頻監測系統判定模型得出即將出現的危險。如果超過安全距離，判定模塊會迅速將預警信息發送至集中控制單元，單元將信號快速聯動發送至前端喊話與警燈裝置，警示裝置以聲音和燈光震懾現場，起到預防作用;如果入侵物體仍舊堅持通道垂直區域，提示事故已發生。在雷達視頻分析設備聯合系統中，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，視頻監控系統中的云臺設備處于休眠狀態，視頻球機處于關機狀態。這樣可以使雷達視頻監控系統與傳統智能視頻系統設備功耗比較大大縮減。雷達視頻監控系統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

隨著我國電網技術的快速發展，輸電線路在線監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。對輸電線路在線監測技術的研究依然任重而道遠。

參考文獻

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