輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)在直流融冰系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

摘 要：輸電線路極容易產(chǎn)生覆冰的問題，威脅到國家電力系統(tǒng)安全，也是我們需要解決的技術(shù)難點和重點。對輸電線路的覆冰狀況可以進(jìn)行在線監(jiān)測，這項技術(shù)的實施和應(yīng)用可以極大程度上解決此類問題。在出現(xiàn)冰災(zāi)的時候，可以使用該技術(shù)進(jìn)行預(yù)警，更好地發(fā)展輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰；在線監(jiān)測；直流融冰系統(tǒng)

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）33-0039-02

在出現(xiàn)極端寒冷的天氣情況下，輸電線路覆冰狀況時有發(fā)生，這會造成輸電線路受到嚴(yán)重?fù)p害，從而造成部分電網(wǎng)癱瘓或者全網(wǎng)停運。融冰技術(shù)與覆冰預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對于電網(wǎng)的發(fā)展有重大意義。

1 當(dāng)前輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)存在的問題

目前，輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，但是仍有很多問題，主要有三個方面。①覆冰計算模型的優(yōu)劣直接影響結(jié)果準(zhǔn)確性。②通信傳輸方式對于檢測數(shù)據(jù)傳輸有影響，影響傳輸數(shù)據(jù)的時效性。③裝置電源可以對工作效率產(chǎn)生影響。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由三部分所組成，即前端信息采集系統(tǒng)、中間通訊系統(tǒng)和后臺軟件的分析系統(tǒng)。

2.1 前端信息采集系統(tǒng)

前端系統(tǒng)的主要功能就是可以對導(dǎo)線的覆冰模型進(jìn)行計算與各種狀態(tài)量的加工、存儲和采集，內(nèi)容包括前端的硬件系統(tǒng)和能夠保障采集、加工和存儲、傳送數(shù)據(jù)等功能。

2.2 通信的方式

本系統(tǒng)的通信方式由GPRS通信和光纖通信、無線通信所組成。

2.3 后臺軟件系統(tǒng)

直流融冰與動態(tài)無功補償系統(tǒng)在融冰方面使用覆冰在線監(jiān)測的軟件系統(tǒng)，這套系統(tǒng)是一套綜合了數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)應(yīng)用與數(shù)據(jù)存儲為一體的系統(tǒng)，它不依賴一些在線監(jiān)測裝置的廠家自己的軟件與平臺，而是根據(jù)編制統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信規(guī)約而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信傳輸活動，把實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)送到電力部門的PI實時與歷史數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行管理，用戶的系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)要基于此平臺。

3 監(jiān)測裝置的功效

3.1 前端監(jiān)測終端

前端監(jiān)測終端的平臺使用的是模塊化的設(shè)計方式，以主控制器為基礎(chǔ)，各種傳感器采集的單元可以按需選配，主控、通訊的部分設(shè)備、電源可以共享。該監(jiān)測的終端平臺是以ARM為主的控制器，有較強的擴(kuò)展功能。

具體的優(yōu)點有：它支持多路串口接入，北斗衛(wèi)星的收發(fā)設(shè)備可以接入。還支持RS485總線數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送，另外還有多路開關(guān)量輸出與輸入和RF通訊都被支持。內(nèi)部含有無線通信的模塊，根據(jù)不同用戶的要求來選擇CDMA模塊或者GPRS模塊。內(nèi)部帶有蓄電池可以對充電功能進(jìn)行管理，外部的電源可以接入，多路電源輸出控制功能也支持，電源輸出電壓是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

3.2 模擬導(dǎo)線覆冰的監(jiān)測采集單元

模擬導(dǎo)線覆冰的監(jiān)測采集單元的作用是模擬導(dǎo)線覆冰厚度值等，模擬導(dǎo)線覆冰的監(jiān)測采集單元是由一米長的模擬導(dǎo)線和圖像傳感器、稱重拉力傳感器、加熱裝置等公共組成。稱重拉力傳感器可以實時的監(jiān)測模擬導(dǎo)向重量。覆冰的厚度直接可以反映出總重量的改變，圖像傳感器的工作主要是要向下拍攝模擬導(dǎo)線的覆冰情況，加熱裝置在周圍環(huán)境覆冰嚴(yán)重的情況下會自動打開加熱功能，工作方式是攝像頭鏡面融冰。重量數(shù)據(jù)利用RS485總線連接到主控制器，模擬視頻信號被連接到主控器的內(nèi)部壓縮模塊，后臺可以根據(jù)靜態(tài)的圖像和實時視頻兩種方式來查看模擬導(dǎo)線的覆冰情況。

4 輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的特點

4.1 通訊的傳輸方式

此系統(tǒng)中的通信傳輸方式使用目前OPGW光纜空置的纖芯來進(jìn)行自行設(shè)計。制造信號轉(zhuǎn)換裝置，創(chuàng)新地使用了無線網(wǎng)絡(luò)的十光纖通信技術(shù)以及雙通道無縫切換、互備技術(shù)等。光纖接入使用了更加簡單高效的直接OPGW接頭盒來接入，達(dá)到了最高100 M/s的速度，系統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信號往后臺傳輸，這就讓后臺可以實時的看到清晰的動態(tài)畫面了，這解決了以往每10 min才能傳送一副靜態(tài)圖像的問題。

4.2 電能的供應(yīng)系統(tǒng)

架空輸電線路的在線監(jiān)測系統(tǒng)在進(jìn)行電能供應(yīng)時一個比較難處理的問題，使用耐低溫與超高溫不爆炸、比能量高、自放電率低的物質(zhì)作為電池是必須的，符合這些特點物質(zhì)如磷酸鐵鋰電池就是非常好的材料，它能夠作為供能與儲存能源的電源，太陽能是一種補充電源，可以保障電路在使用時不能中斷，在閑置的時候可以休眠，這樣很大程度上提升了能量充分使用率，系統(tǒng)經(jīng)過了架空線路一個多月的持續(xù)低溫和陰雨惡劣天氣的考驗，剩余的能量十分充足，這就徹底解決了該系統(tǒng)在低溫、強電磁干擾、冰凍、高濕度等環(huán)境下產(chǎn)生覆冰情況的供電難題，從而保障了檢測設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

4.3 覆冰計算的模型

多模式的覆冰監(jiān)測融合了互補策略，開發(fā)出來了具有統(tǒng)一規(guī)約的，在PI的數(shù)據(jù)庫中結(jié)合了覆冰監(jiān)測等一系列功能的一體化軟件，可以說兩檔三塔模型相比單塔模型與單塔兩檔模型有一定的優(yōu)勢，也就是兩檔三塔模型可以計算出不平衡的張力與桿塔荷載的變化，同時對檔內(nèi)的不均勻覆冰荷載情況也予以考慮，提升了計算覆冰厚度的準(zhǔn)確性與垂直檔距的計算準(zhǔn)確性。絕緣子串的拉力測量、模擬導(dǎo)線測量和導(dǎo)線傾角測量的有機(jī)結(jié)合可以準(zhǔn)確算出導(dǎo)線覆冰的厚度。

5 輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)在直流融冰系統(tǒng)的應(yīng)

用實例

2011年浙江地區(qū)發(fā)生電路覆冰情況，浙江電網(wǎng)使用了輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)來很好的解決了這一問題。持續(xù)降雪降溫，在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明冰雪的荷載不斷上漲，最嚴(yán)重的是500 kV的雙信5465線在38 h之內(nèi)增加80%，覆冰的厚度高達(dá)10 mm，增長速度為0.2 mm/s，之后啟動直流融冰兼動補裝置，對雙信5465線路開始直流融冰，在直流融冰的過程里進(jìn)行模式的轉(zhuǎn)換和電流的設(shè)置，融冰的電流升流與降流都做到了無級推子調(diào)節(jié)，電流達(dá)到四千安培的時候，導(dǎo)線的溫度會從-3 e上升到+7 053 e，導(dǎo)線上的覆冰開始迅速脫離，整個融冰在1.5 h之內(nèi)就可以全部完成，系統(tǒng)正常運行。在這次浙江的輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)的使用當(dāng)中，直流融冰模式和動補運行模式可以做到功能上切換靈活，操縱簡便，單模式投入與退出的操作都十分簡便，步驟很少，不易出錯。另外，布局非常合理，運行安全得以保障，對于浙江的電網(wǎng)安全運行有非常重要的保障作用。該技術(shù)對于浙江地區(qū)電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)有非常重要的作用，保證了整個浙江地區(qū)的電網(wǎng)運行安全，也促進(jìn)了科技的發(fā)展，而且對該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會穩(wěn)定都有非常重要的作用和現(xiàn)實意義，因此，該項目的技術(shù)研究有很高的推廣價值和實用價值。

2012年，云南與貴州兩省出現(xiàn)了長時間的低溫雨雪天氣，南方電網(wǎng)公司的部分電力線路嚴(yán)重覆冰，一天之內(nèi)被覆冰的線路有88條，僅云南電網(wǎng)公司就投入44套直流融冰的裝置，采用多種措施積極應(yīng)對，開展了線路特巡和檢測覆冰預(yù)警、融冰裝置的狀態(tài)、改造和加固輸電線路等一系列工作，做好了抗冰保電的準(zhǔn)備工作。云南電網(wǎng)通過進(jìn)行了線路抗冰與加固工程、建設(shè)覆冰的監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)、直流融冰技術(shù)這三項重大措施，大大提升了電網(wǎng)的抗冰能力，確保了電網(wǎng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

6 結(jié) 語

毫無疑問，輸電線路覆冰在線監(jiān)測技術(shù)有非常重要的現(xiàn)實意義，目前該技術(shù)還在不斷的完善發(fā)展中，還有一些問題，例如覆冰在線監(jiān)測的硬件穩(wěn)定性問題、攝像頭抗冰能力等，都需要進(jìn)一步改善，以期使該技術(shù)更好地為我國電網(wǎng)服務(wù)。

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