輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究

歐曉嵩

摘 要：輸電線路是電力工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，其安全可靠運行關(guān)系著電力部門的正常運轉(zhuǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。輸電線路的監(jiān)測是輸電線路運行維護(hù)的一個重要方面。隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)越來越完善，監(jiān)測精度及廣度都在逐漸提高。文章主要選取絕緣子污穢、導(dǎo)線舞動、覆冰、導(dǎo)線溫度等狀態(tài)監(jiān)測量，提取監(jiān)測終端的狀態(tài)數(shù)據(jù)，綜合分析各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，設(shè)計了相應(yīng)的狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可對輸電線路運行狀況進(jìn)行綜合預(yù)警，提高輸電線路的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：輸電線路；可靠性；在線監(jiān)測

中圖分類號：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0099-01

輸電線路是電力工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，分為架空輸電線路和電纜線路。輸電線路的安全可靠運行，對于地區(qū)穩(wěn)定供電、高質(zhì)量供電以及保證國民經(jīng)濟(jì)健康有序發(fā)展，都有著重大的社會意義與經(jīng)濟(jì)意義。輸電線路的主要作用是輸送電能，為各個地區(qū)提供電力供應(yīng)，是電力系統(tǒng)的輸送環(huán)節(jié)，電能損耗小，經(jīng)濟(jì)效益高，為電能的輸送提供了重要支撐。但是，輸電線路的運行環(huán)境卻并不是很理想，因為輸電線路一般都暴露于大氣中，很容易受到氣象和冰雪、大風(fēng)、雷電、污穢等惡劣環(huán)境的影響而引發(fā)故障。目前，對于輸電線路維護(hù)工作，也十分棘手，存在巡視困難、維修不便等因素。準(zhǔn)確檢測輸電線路的狀態(tài)特征量，及時發(fā)現(xiàn)輸電線路的故障，為線路的檢修贏得寶貴時間，對于保證輸電線路的安全、提高輸電線路的可靠性都具有重要意義。

1 在線監(jiān)測概述

輸電線路在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，但其安全可靠運行一直是人們關(guān)注的熱點。我們知道，輸電線路的走線距離較遠(yuǎn)，輸電網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣闊，其中不乏地形復(fù)雜、周邊環(huán)境惡劣的地方。從近幾年的歐美大停電、印度大停電到2008年中國南方罕見的冰雪災(zāi)害都證明了輸電線路的脆弱性。正是由于輸電線路的這個脆弱特性，因此很有必要對輸電線路采用線路巡視的方式，提取輸電線路的運行參數(shù)，及時掌握線路運行的狀況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和隱患。目前，實際運行中的輸電線路運行維護(hù)方式主要采用傳統(tǒng)的人工巡線方式。這種方式對于輸電線路的監(jiān)測有一定的作用，如果發(fā)現(xiàn)及時，可以避免發(fā)生較大的輸電線路故障。但是一旦出現(xiàn)人工失誤，將極有可能導(dǎo)致輸電線路故障，并且不能實現(xiàn)實時的在線監(jiān)測。因此，為了實現(xiàn)輸電網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運行，在技術(shù)上，應(yīng)采用先進(jìn)的輸電線路運行狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)和先進(jìn)的離線監(jiān)測設(shè)備，建立監(jiān)控中心，為實現(xiàn)從“周期巡檢”到“狀態(tài)檢修”的轉(zhuǎn)變提供信息收集、分析處理及設(shè)備評估等技術(shù)支持。在管理上，需轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理模式，提高管理效率，為技術(shù)的效益轉(zhuǎn)化提供人工管理支撐，實現(xiàn)技術(shù)效益最大化。

2 輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝在輸電線路運行現(xiàn)場，通過監(jiān)測相關(guān)的狀態(tài)信息，實現(xiàn)輸電線路故障預(yù)警，可提高輸電線路運行可靠性、保證供電穩(wěn)定和供電質(zhì)量。它可以實現(xiàn)對高壓輸電線路實時監(jiān)測的設(shè)計目標(biāo)，滿足輸電線路的在線監(jiān)測要求。設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的主要運行狀態(tài)參數(shù)有導(dǎo)線舞動參數(shù)、導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線風(fēng)偏、覆冰程度、絕緣子污穢程度、絕緣子泄漏電流、絕緣子風(fēng)偏等，真實反應(yīng)輸電線路及桿塔的周圍環(huán)境。系統(tǒng)在與用戶交互方面，它可以從設(shè)備情況、監(jiān)測量、時間段等多個角度采用多種形式的圖表對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，實現(xiàn)分主題的監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽方式，給用戶提供人性化和實用化的監(jiān)測體驗。此外，系統(tǒng)在實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、統(tǒng)計等功能的基礎(chǔ)上還提供了高級計算、預(yù)測功能。本文設(shè)計的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下監(jiān)測子系統(tǒng)。

2.1 絕緣子污穢監(jiān)測子系統(tǒng)

輸電線路的電量參數(shù)可以很好的反映其運行狀態(tài)，如絕緣子表面泄漏電流和電暈電流等電測量參數(shù)的變化與污閃的發(fā)生過程就有著非常密切的關(guān)系。對于不良絕緣子，其絕緣電阻相對于正常絕緣子偏低，其泄漏電流在絕緣子表面和內(nèi)部都流過，泄漏電流比較大，絕緣子污穢監(jiān)測子系統(tǒng)可在線監(jiān)測絕緣子泄漏電流變化過程，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)，可通過泄露電流值、放電脈沖數(shù)及氣象參數(shù)得出污穢發(fā)展趨勢，實時顯示被監(jiān)測絕緣子的污穢狀況，實現(xiàn)污閃預(yù)警。

2.2 輸電線路導(dǎo)線舞動在線監(jiān)測

導(dǎo)線舞動是指導(dǎo)線在垂直平面以幾分之一赫茲的低頻和高振幅的振動，其振幅最大值可達(dá)初始弧垂值的數(shù)量級，它的擺動幅度較大，擺動時間也較長，極易導(dǎo)致線路間故障，如導(dǎo)線短路、相間閃絡(luò)等，嚴(yán)重時可導(dǎo)致導(dǎo)線燒傷。因此，導(dǎo)線舞動的在線監(jiān)測對于輸電線路安全運行具有重要意義。該系統(tǒng)的檢測量可以充分反映輸電線路的運行狀態(tài)信息，此外，還具有實時特性，可為運行維護(hù)人員發(fā)出警報，贏得足夠的維護(hù)時間，提高輸電系統(tǒng)運行可靠性。

2.3 輸電線路導(dǎo)線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)

溫度是眾多與電相關(guān)的產(chǎn)品中一個不可忽略的因素，同樣，在輸電線路中，導(dǎo)線的溫度是影響輸電線路安全穩(wěn)定運行的重要因素，導(dǎo)線溫度的在線監(jiān)測對于判斷輸電線路的運行狀態(tài)具有重要的參考價值。

在日常運行中，導(dǎo)線的溫度和眾多因素有關(guān)。如日照、風(fēng)速、載流量等。目前，按照現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)定，其考慮了較為惡劣的運行環(huán)境，給出的理論溫度界限相對于實際運行情況而言是偏保守的。如果運行調(diào)度人員僅僅依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)章程來確定導(dǎo)線的運行容量，其穩(wěn)態(tài)輸送容量值的估計也是偏保守的。鑒于此，很有必要結(jié)合當(dāng)?shù)貙崟r的氣候狀態(tài)，實時的監(jiān)測導(dǎo)線運行溫度，通過導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)的算法進(jìn)行分析和計算，確定導(dǎo)線的實時動態(tài)載流量，并依此為輸電線路輸送容量依據(jù)，科學(xué)合理的確定輸入容量等級，充分挖掘輸電線路的輸送能力。

該溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)可以協(xié)助確定出最接近導(dǎo)線實際輸送能力的容量等級，能夠在一定程度上緩解電力供應(yīng)緊張。

2.4 輸電線路覆冰在線監(jiān)測子系統(tǒng)

在一些氣候惡劣的高原地區(qū)，輸電線路的覆冰可能性較大。輸電線路的覆冰對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行存在很大地安全隱患。

常見的輸電線路覆冰有雨凇、霧凇、凍雨覆冰等，并不是每一個線路都有可能覆冰，它主要與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)。影響輸電線路覆冰的主要因素有空氣濕度、氣溫等。覆冰的氣溫條件為-8～0 ℃這個區(qū)間，空氣濕度為90%以上，當(dāng)溫度與濕度條件都具備時，風(fēng)速的大小和風(fēng)向成為決定覆冰厚度的重要參數(shù)，最適宜覆冰產(chǎn)生的風(fēng)速一般為2～7 m/s。條件看似苛刻，然而，在輸電線路經(jīng)過的眾多地區(qū)，這幾個條件恰好可以滿足，因此研究輸電線路覆冰的在線監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實意義。覆冰首先在導(dǎo)線迎風(fēng)面產(chǎn)生，當(dāng)迎風(fēng)面達(dá)到某一覆冰厚度時，在不平衡重力的作用下產(chǎn)生扭矩，使導(dǎo)線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而使導(dǎo)線的另一側(cè)成為迎風(fēng)面而產(chǎn)生覆冰，如此反復(fù)多次后在導(dǎo)線上形成圓形或橢圓形的覆冰。

輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地監(jiān)測輸電線路的覆冰情況，其監(jiān)測數(shù)據(jù)可為輸電線路的維護(hù)檢修提供決策依據(jù)，減少覆冰對輸電線路造成的損壞。

3 結(jié) 語

輸電線路的安全穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)可靠性的一個重要方面。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)對于保證輸電線路的可靠運行，提高電力系統(tǒng)可靠性具有重要意義。本文首先闡述了輸電系統(tǒng)在線監(jiān)測的理論依據(jù)，研究了其運行環(huán)境特性，最后從絕緣子污穢、導(dǎo)線舞動子系統(tǒng)等方面給出了輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計組成。本文研究成果可為電力輸電線路的在線監(jiān)測系統(tǒng)研究與構(gòu)建提供理論指導(dǎo)。

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