輸電線路運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分。為增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，迫切需要建立一套性能可靠，功能豐富的輸電線路狀態(tài)檢修系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的須到現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)、逐段進(jìn)行檢測(cè)的方法。本文主要講述了輸電線路運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容和原理，介紹了輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為輸電線路狀態(tài)檢修提供輔助決策，提高供電系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；在線監(jiān)測(cè)；硬件；軟件；設(shè)計(jì)

1.綜述

近年來(lái)，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，作為先行的電力工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，系統(tǒng)裝機(jī)容量和輸電線路電壓等級(jí)都在不斷提高。隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的提升、運(yùn)行電壓等級(jí)的提高、電網(wǎng)覆蓋范圍的擴(kuò)大，一方面提高了運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，但是另一方面使得系統(tǒng)運(yùn)行故障所波及的范圍和對(duì)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活造成的影響也越來(lái)越大。

中國(guó)高壓輸電線路分布范圍廣、線路長(zhǎng)，尤其是“西電東送”工程，不但地形地貌復(fù)雜，而且部分地區(qū)氣候條件比較惡劣。傳統(tǒng)的輸電線路檢查主要靠運(yùn)行人員周期性巡視，極易在下一個(gè)巡視未到之前由于缺乏監(jiān)測(cè)發(fā)生線路事故。應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)予以排除，使線路始終保持良好的狀態(tài)運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度，減少各種事故的發(fā)生，提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益。

2.主要內(nèi)容和方法

2.1在線監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

2.1.1絕緣子污穢在線監(jiān)測(cè)：（1）泄漏電流的在線監(jiān)測(cè)。絕緣子表面泄漏電流是電壓、氣候、污穢三要素的綜合反映，因此可將絕緣子表面泄漏電流作為監(jiān)測(cè)絕緣子污穢程度的特征量；（2）污穢度在線監(jiān)測(cè)。絕緣子表面的污穢度反映了輸電線路的基本絕緣狀況，目前世界上一般采用停電的方式測(cè)量絕緣子表面污穢度，包括等值鹽密和灰密。

2.1.2輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)：輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)線覆冰情況，依托后臺(tái)診斷分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路冰害事故的提前預(yù)測(cè)，并及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，減少線路冰閃、舞動(dòng)、斷線、倒塔等事故的發(fā)生。

2.1.3雷電在線監(jiān)測(cè)：（1）雷電定位系統(tǒng)。雷電探測(cè)定位的原理是對(duì)雷電發(fā)生時(shí)伴有的電磁輻射信號(hào)等雷電波信息特征量進(jìn)行測(cè)定，再通過(guò)算法分析來(lái)得到雷電發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、雷電流幅值、極性與回?fù)舸螖?shù)等相關(guān)雷電信息，呈現(xiàn)出雷電活動(dòng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖；（2）雷電流在線測(cè)量。雷電流在線測(cè)量可測(cè)量雷電流大小、波形參數(shù)，有利于判斷雷擊方式，可積累雷電基礎(chǔ)參數(shù)，有助于分析雷擊輸電線路的影響因素，對(duì)在各種典型地區(qū)有針對(duì)性地采取合理有效的防雷措施具有重要作用。

2.1.4輸電線路環(huán)境監(jiān)測(cè)：輸電線路環(huán)境監(jiān)測(cè)是通過(guò)建立專門的環(huán)境監(jiān)測(cè)站跟蹤監(jiān)測(cè)輸電線路所處地區(qū)氣象要素的變化，助于決策部門及時(shí)了解氣候狀況的變化，為及時(shí)采取防災(zāi)減災(zāi)措施，保障輸電線路的運(yùn)行安全提供科學(xué)依據(jù)。

2.1.5輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測(cè)：采空區(qū)地面裂縫、巖體錯(cuò)位、崩塌、滑坡、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致桿塔傾斜、地基變形的情況發(fā)生，嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。

2.1.6輸電線路導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)：微風(fēng)振動(dòng)是造成高壓架空輸電線路疲勞斷股的主要原因。微風(fēng)振動(dòng)對(duì)架空線路造成的破壞是長(zhǎng)期積累性的，具有較強(qiáng)的隱蔽性，因此對(duì)其進(jìn)行測(cè)量既能為防振設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，又能為消除微風(fēng)振動(dòng)產(chǎn)生的隱患。

2.1.7輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)：導(dǎo)線舞動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害線路，開(kāi)展導(dǎo)線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)的觀測(cè)和記錄工作，繪制出易舞線路和易舞區(qū)分布圖，對(duì)指導(dǎo)線路防舞設(shè)計(jì)具有重要意義。

2.1.8輸電線路視頻監(jiān)控：在人口密集區(qū)、林區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、交通繁忙區(qū)安裝線路視頻監(jiān)視裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)視、記錄環(huán)境情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及線路安全運(yùn)行的行為，同時(shí)可觀察和記錄線路覆冰、覆雪等過(guò)程。

2.2輸電線路在線監(jiān)測(cè)的主要方法：（1）紅外和紫外檢測(cè)。紅外和紫外檢測(cè)以接收被測(cè)物體所輻射的電磁波為手段，具有遠(yuǎn)距離、不接觸、不解體、安全可靠、準(zhǔn)確高效的特點(diǎn)，適合帶電檢測(cè)；（2）超聲波檢測(cè)。超聲波檢測(cè)檢測(cè)的原理是接收放電時(shí)發(fā)出的超聲，再根據(jù)其信號(hào)強(qiáng)弱判斷放電的位置和強(qiáng)度。超聲波測(cè)法可用來(lái)檢測(cè)復(fù)合絕緣子芯棒裂紋，具有操作簡(jiǎn)單、全可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；（3）電場(chǎng)法檢測(cè)。電場(chǎng)法通過(guò)測(cè)量絕緣子的電場(chǎng)分布來(lái)檢測(cè)零值絕緣子或復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷，根據(jù)相應(yīng)位置電場(chǎng)畸變判斷故障點(diǎn)。

3.輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。輸電線路運(yùn)行狀態(tài)綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為了適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)由計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變而設(shè)計(jì)的，主要包括安裝于輸電線路高壓桿塔的絕緣子污穢泄漏電流監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、輸電線路微氣象區(qū)氣象信息監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、危險(xiǎn)點(diǎn)圖像監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)及安裝于供電局的后臺(tái)專家分析系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集包括泄漏電流和分布電壓采集，圖像采集，報(bào)警信號(hào)采集和環(huán)境變量采集模塊。

3.3數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）污穢泄漏電流監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。絕緣子污穢泄漏電流監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由絕緣子泄漏電流卡環(huán)、高頻率高線性度泄漏電流傳感器、信號(hào)預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集器、各種保護(hù)單元、環(huán)境溫濕度及專家分析系統(tǒng)組成。

（2）微氣象區(qū)氣象信息監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。氣象信息監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)在線監(jiān)測(cè)輸電線路環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、大氣壓力等參數(shù)，將這些參數(shù)采集后，進(jìn)行壓縮處理，通過(guò)GSM/GPRS/CDMA等通訊方式將數(shù)據(jù)傳往監(jiān)測(cè)中心，供分析系統(tǒng)進(jìn)行線路污情的綜合分析，同時(shí)所有數(shù)據(jù)通過(guò)各種報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖、曲線等方式顯示給用戶。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，采用聲、光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息以短信方式發(fā)往有關(guān)人員的手機(jī)上。

（3）危險(xiǎn)點(diǎn)視頻圖像信息監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)分析導(dǎo)線的重力變化和震動(dòng)頻率變化判斷出當(dāng)前覆冰量的大小和導(dǎo)線舞動(dòng)的幅度實(shí)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心，專家分析系統(tǒng)綜合各種參數(shù)，得出覆冰程度及發(fā)展趨勢(shì)，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警以指導(dǎo)檢修和防治。

3.4系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分機(jī)硬件電路由數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊、泄漏電流傳感器、溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)通訊模塊、電源變換及管理模塊等組成。

3.5傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)。泄漏電流信號(hào)調(diào)理電路的作用是將外部微弱的泄漏電流信號(hào)進(jìn)行一定變換，得到處理器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠進(jìn)行正常處理的電壓信號(hào)。設(shè)計(jì)泄漏電流信號(hào)調(diào)理電路時(shí)要求所設(shè)計(jì)的電路功耗低、性能穩(wěn)定、抗干擾性能好。

3.6系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)。為了保證數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分機(jī)系統(tǒng)能長(zhǎng)年24小時(shí)不間斷地采集絕緣子的狀態(tài)信息及環(huán)境參數(shù)，必須選擇高效可靠的供電電源。利用太陽(yáng)能為監(jiān)測(cè)分機(jī)供電，采用硅能電池作為儲(chǔ)能部件，在光照充足時(shí)太陽(yáng)能電池板既為硅能電池充電，同時(shí)通過(guò)高效率的DC—DC變換器，將硅能電池的12V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V工作電壓；在光照不足或無(wú)陽(yáng)光時(shí)，由硅能電池提供工作電壓。

3.7無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。由于輸電線路桿塔分布廣，系統(tǒng)將分機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)用有線組網(wǎng)傳輸顯然是不現(xiàn)實(shí)的。利用GSM網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)信息可以安全到達(dá)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的任何地點(diǎn)，不受通訊距離限制，可靠性高。

4.基于B/S模式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1B/S模式的體系結(jié)構(gòu)?；贐/S模式應(yīng)用系統(tǒng)將Web與數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，形成的基于數(shù)據(jù)庫(kù)的Web計(jì)算模式，并將該模型應(yīng)用到Internet/Intranet中，最終形成了三層客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)將應(yīng)用系統(tǒng)的三個(gè)功能層面進(jìn)行了明確的分割，使其在邏輯上各自獨(dú)立。

4.2軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)化分析與開(kāi)發(fā)主要分為五大階段：（1）系統(tǒng)分析；（2）系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）組件設(shè)計(jì)；（4）建構(gòu)應(yīng)用程序；（5）系統(tǒng)整合與測(cè)試。

4.3軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分機(jī)的軟件部分主要完成如下功能：泄漏電流電氣特征量及環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和存儲(chǔ)、系統(tǒng)主機(jī)各種控制命令的接收與處理及歷史數(shù)據(jù)的定期發(fā)送及分機(jī)狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)等。根據(jù)分機(jī)的功能，系統(tǒng)包括了以下程序模塊：主程序控制模塊；各通道泄漏電流采集及各種電氣特征量的提取模塊；與系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)通信模塊；環(huán)境溫度和濕度測(cè)量模塊；時(shí)鐘管理模塊；采集數(shù)據(jù)信息管理模塊；串行調(diào)試口處理模塊、分機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)處理模塊等八部分組成。

4.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件程序開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)主機(jī)監(jiān)測(cè)分析軟件基于Windows2000 Server平臺(tái)，采用Visual C++面向?qū)ο笳Z(yǔ)言編制而成，數(shù)據(jù)庫(kù)采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)軟件SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。主要功能為：系統(tǒng)配置與參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)查詢；事件記錄；自動(dòng)巡測(cè)；人工點(diǎn)測(cè)；數(shù)據(jù)分析；顯示實(shí)時(shí)、歷史及故障波形；顯示事件列表，提供各種查詢報(bào)告手段；人工或自動(dòng)打印各種報(bào)表及波形；無(wú)線數(shù)據(jù)通訊；專家診斷；WEB信息共享。

4.5系統(tǒng)的抗干擾措施。系統(tǒng)的抗干擾措施主要從以下幾個(gè)方面考慮：電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)等。機(jī)箱采用鐵板，可以屏蔽高頻干擾；機(jī)箱內(nèi)部的電路板有銅殼屏蔽，可以屏蔽低頻干擾，采用銅殼加鋁殼雙層屏蔽的方式，可以同時(shí)屏蔽高頻和低頻干擾。信號(hào)線采用屏蔽線，并將屏蔽層兩端接地，與機(jī)殼可靠連接，這些做法可以有效地將干擾屏蔽在設(shè)備外邊。

5.結(jié)束語(yǔ)

輸電線路運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)，不是多種單一功能的簡(jiǎn)單拼湊，而是為了進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)手段，提高分析方法的多狀態(tài)量在線監(jiān)測(cè)的有機(jī)組合。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和對(duì)高壓電網(wǎng)傳輸質(zhì)量要求的不斷提高，輸電線路監(jiān)測(cè)的重要性將更加突出，輸電線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)更快、更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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