特高壓輸電線路在線監(jiān)測裝置應用現(xiàn)狀分析及建議

張景沛，桑趙剛

（國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 太原 030032）

0 引言

截止2014年底，我國投入運行的特高壓輸電線路達12 521 km。由于輸電線路長期處于露天環(huán)境，雷電、大風、冰雪等自然災害就會引發(fā)線路故障，因此要求運行維護人員必須實現(xiàn)對線路周邊運行環(huán)境的實時監(jiān)測，在線監(jiān)測裝置及相應的預警系統(tǒng)應運而生。輸電線路在線監(jiān)測裝置及預警系統(tǒng)有助于提升輸電線路運行可靠性，減少因線路故障造成的電能輸送損失，發(fā)揮現(xiàn)有輸電線路的效率，降低輸電成本；優(yōu)化輸電線路網(wǎng)絡的運行條件，提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，有效促進智能電網(wǎng)的快速發(fā)展[1]；通過對相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，完成輸電線路狀態(tài)評估、故障診斷、風險預警和檢修策略的制定，有效實現(xiàn)對線路運行狀態(tài)的可控、能控和在控。

現(xiàn)有的輸電線路在線監(jiān)測裝置具有固定位安裝（桿塔）、太陽能、風能或電磁感應供電、無線訊號傳送、數(shù)據(jù)自動監(jiān)測等特點。數(shù)據(jù)采集裝置通過無線通信技術(shù)、超低能耗技術(shù)、太陽能充電技術(shù)、數(shù)字圖像視頻處理等技術(shù)的應用，將監(jiān)控點周圍的視頻圖像、傾斜數(shù)據(jù)、氣溫風速信息、導線震動頻次等監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線運營商的網(wǎng)絡傳送回監(jiān)控平臺[2]，并可通過彩信的形式將現(xiàn)場圖片或數(shù)據(jù)信息發(fā)送到運行維護人員的電腦或手機上，有效實現(xiàn)對線路上各監(jiān)測點全方位監(jiān)控。

1 輸電線路在線監(jiān)測裝置整體應用現(xiàn)狀

特高壓線路在運的輸電線路在線監(jiān)測裝置共有6類45套，分為桿塔傾斜監(jiān)測裝置、覆冰在線監(jiān)測裝置、微氣象區(qū)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測裝置、絕緣子鹽密監(jiān)測裝置、圖像視頻監(jiān)控裝置及微風振動監(jiān)測裝置。

1.1 桿塔傾斜監(jiān)測裝置

目前使用數(shù)量最大的為桿塔傾斜監(jiān)測裝置，共有34套，分布于線路的煤炭即采區(qū)及采空區(qū)內(nèi)。輸電線路桿塔傾斜在線監(jiān)測裝置主要針對輸電線路桿塔的傾斜度進行在線監(jiān)測，裝置可精確測量出順線路方向傾斜度、橫線路方向傾斜度、傾斜角等具體參數(shù)，并可將測量參數(shù)實時上傳。桿塔傾斜監(jiān)測裝置運行狀況良好，與運行維護人員實測值差別不大，但在大風強對流天氣情況下容易發(fā)生誤報警的情況，主要原因是內(nèi)部無穩(wěn)定裝置，無法實現(xiàn)監(jiān)測器處于一個固定的環(huán)境狀態(tài)。因此，新型的桿塔監(jiān)測裝置可嘗試試用陀螺儀等穩(wěn)定裝置，或增加風速測量模塊，減少傾斜監(jiān)測裝置的誤報次數(shù)。

1.2 輸電線路覆冰監(jiān)測裝置

輸電線路覆冰在線監(jiān)測裝置是通過采集在運輸電線路的絕緣子串風偏角、傾斜角、拉力及周邊環(huán)境下溫度、濕度、風速、風向等參數(shù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理中心；通過數(shù)據(jù)模型等算法計算出導線是否覆冰及覆冰的大概厚度，中心的智能系統(tǒng)還可結(jié)合局部氣象特點，對覆冰的發(fā)展趨勢進行預測；線路運行單位再根據(jù)線路荷載、覆冰厚度及周邊天氣走勢決定是否需要制定或?qū)嵤┓辣胧?。監(jiān)測裝置的拉力傳感器大都采用特種不銹鋼設計，不銹鋼材質(zhì)具有耐磨性強、抗腐蝕、測量精確度高的特點，以保障裝置的持續(xù)使用。在線覆冰監(jiān)測裝置在特高壓線路上安裝有3套，自2009年投入運行維護以來共成功報警12次，報警成功率約40%。報警成功率低的原因主要存在于拉力傳感器的靈敏度有待提高，且溫濕度模塊的參考權(quán)重偏低。由于線路覆冰必須滿足一定的溫度、濕度和風速條件，因此覆冰監(jiān)測裝置可加大溫濕度、風速、風向等參數(shù)信息的分析權(quán)重。

1.3 微氣象區(qū)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測裝置

輸電線路氣象環(huán)境在線監(jiān)測裝置主要監(jiān)測環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、雨量、風速、風向、氣壓等氣象參數(shù)，所有數(shù)據(jù)在監(jiān)控中心后臺通過電腦終端以報表、統(tǒng)計圖等方式顯示。當線路周邊出現(xiàn)異常情況如風速大于18 m/s時易發(fā)生風偏故障，或濕度大于90%且溫度小于5℃易出現(xiàn)線路覆冰故障時，系統(tǒng)會以短信報警多種方式發(fā)出預報警信息?，F(xiàn)有特高壓線路上微氣象參數(shù)監(jiān)測裝置的報警成功率較高，這些裝置的使用對于線路周邊特殊區(qū)域尤其是微氣象區(qū)的制定有著極大的參考價值。

1.4 絕緣子鹽密監(jiān)測裝置

輸電線路絕緣子污穢度在線監(jiān)測裝置大體上分為兩類，一種是通過對裝置采集樣板上光能參數(shù)的檢測，計算出設備傳感器表面的鹽分濃度，從而類推出絕緣子表面的鹽密度；另一種是通過泄露電流的測量得出的，由于泄漏電流是沿絕緣子面形成的，絕緣子表面的泄漏電流能夠全面反映出電壓、污穢以及氣候等因素。對于利用監(jiān)測泄漏電流數(shù)據(jù)進行分析的裝置來說，通過引流設備和電力傳感器的實時監(jiān)測，借助相應的信息處理單元，計算出泄漏電流的統(tǒng)計值，從而得出絕緣子污穢程度。計算出的數(shù)據(jù)再通過無線數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控中心，運行維護人員便可綜合評估和預測絕緣子的積污狀況，以制定對應的防污措施。絕緣子鹽密監(jiān)測裝置在2013年底安裝試用，根據(jù)2014年針對82號桿塔進行的鹽密值人工測量結(jié)果比對來看，結(jié)果存在較大誤差，因此，絕緣子鹽密監(jiān)測裝置測試精密度仍需提升。由于鹽灰密監(jiān)測裝置目前仍處于試用階段，不具備推廣條件。

1.5 視頻監(jiān)控裝置

輸電線路視頻、圖像監(jiān)控裝置主要利用了先進的數(shù)字視頻壓縮技術(shù)、遠距離高速無線通信技術(shù)及軟件技術(shù)將線路桿塔本體及周邊環(huán)境的現(xiàn)場圖像經(jīng)過壓縮，分組后通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實現(xiàn)運行維護人員對輸電線路周邊環(huán)境及環(huán)境參數(shù)的全天候監(jiān)測。

視頻、圖像在線監(jiān)測裝置實時監(jiān)視輸電線路桿塔、絕緣子、導線、金具的運行工況及周邊環(huán)境情況，監(jiān)測裝置在及時發(fā)現(xiàn)絕緣子破損、塔材被盜、防震錘跑位等日常缺陷的同時，還能實現(xiàn)夜間對絕緣子放電異常等缺陷開展監(jiān)測工作。在大風、大霧及雨雪天氣條件下，運行維護人員在不到達現(xiàn)場的情況下通過視頻裝置第一時間了解天氣情況。通過近5 a使用情況來看，圖像視頻監(jiān)控裝置在外力破壞預警方面同樣發(fā)揮著積極的作用。運行維護人員通過安裝在線路周邊施工點、山火易發(fā)林區(qū)及人類難以到達地區(qū)的視頻監(jiān)視裝置，可實時監(jiān)視、記錄這些危險地點的環(huán)境情況，及時發(fā)現(xiàn)違章和危及線路安全運行的行為，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

1.6 微風振動監(jiān)測裝置

輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，主要是通過對導、地線在微風中的振動幅率、振動頻率等相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測，并針對獲取數(shù)據(jù)的分析和判斷，對可能發(fā)生的狀況作出及時預測[3]。裝置一般采用彎曲振幅法來監(jiān)測線路微風振動情況，通過測量兩點的相對振幅，測取導地線距線夾出口處一定距離導地線相對于線夾的彎曲振幅，以此值大小來計算導地線在線夾出口處的動彎應變。特高壓線路上目前現(xiàn)有的監(jiān)測裝置未發(fā)生過振動報警現(xiàn)象。

2 輸電線路在線監(jiān)測裝置存在的問題

a)投入運行的在線監(jiān)測裝置僅有一部分接入生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時觀測及存儲功能。大部分在線監(jiān)測裝置通過外部互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的觀測，且數(shù)據(jù)后臺多設置在設備制造廠家，運行維護人員調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)較為繁瑣。

b)不同類型的裝置生產(chǎn)廠商不同，研發(fā)的監(jiān)控軟件、監(jiān)控平臺及連接制式均存在一定差異，給線路運行維護的使用帶來了極大的不便；且少數(shù)裝置在廠家調(diào)試完成后就投入使用，由于裝置環(huán)境適應性和本身質(zhì)量問題不斷出現(xiàn)誤報警或通信中斷等問題，使得在線監(jiān)測裝置發(fā)揮作用有限。

c)輸電線路在線監(jiān)測裝置主要安裝于輸電線路鐵塔及導地線上，一般不能就近取得電源。大多數(shù)輸電線路在線監(jiān)測裝置都采用太陽能或風能供電，由于現(xiàn)有的電池技術(shù)或產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，易出現(xiàn)需要較大容量電源的裝置不能連續(xù)監(jiān)測，如圖像視頻監(jiān)控裝置；隨著時間推移和環(huán)境變化，電池老化現(xiàn)象嚴重，容易出現(xiàn)電源故障造成監(jiān)測裝置不可用。

d)輸電線路在線監(jiān)測裝置的安裝位置多數(shù)處于環(huán)境復雜的微氣象區(qū)域，應對惡劣天氣的能力仍亟待提高。從已安裝置的應用情況看，還存在視頻監(jiān)控裝置在惡劣條件下鏡頭前起霜結(jié)冰無法監(jiān)測，覆冰在線監(jiān)測裝置在夏天強對流天氣條件下傳感器拉力變化造成誤報警等情況。

e)多數(shù)輸電線路在線監(jiān)測裝置采用無線通訊網(wǎng)進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，需常年租用電信、移動通道，費用較高，且由于傳輸通道存在盲區(qū)，個別信號覆蓋不到的地方難以進行實時監(jiān)測。

3 輸電線路在線監(jiān)測裝置應用建議

3.1 建立完善的管理體制

對于輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)這樣有著重要作用的系統(tǒng)管理，須建立嚴格的管理體制與手段。管理制度應明確生產(chǎn)設備廠家、裝置安裝線路的運行維護單位、監(jiān)控中心等相關(guān)部門的職責，只有明確的管理制度才能夠使在線監(jiān)測設備長期正常運轉(zhuǎn)。

3.2 建立統(tǒng)一的在線監(jiān)測管理平臺

建立統(tǒng)一的在線監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中處理是非常重要的。管理平臺的建立應具備以下幾個特征。

a）同其他具有標準的數(shù)據(jù)接收標準及通訊方式。我國現(xiàn)有的在線監(jiān)測產(chǎn)品研發(fā)還沒有形成統(tǒng)一的產(chǎn)品標準，出現(xiàn)了不同的數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議以及判定標準，因此平臺的建立應具備統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式及預警標準，以解決目前數(shù)據(jù)制式、標準雜亂的現(xiàn)狀。

b）平臺應具備歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計功能。平臺的建立應基于在線監(jiān)測信息的采集查詢，并具備完成各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能，且能對監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)簡單分析，統(tǒng)計報表中不僅包含有監(jiān)測的數(shù)據(jù)，還應包括報警信息的各類報表。

c）平臺應具備對輸電線路運行狀態(tài)進行智能預測功能。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺可以自動保存輸電線路的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)的判定標準和技術(shù)預測線路的疲勞程度、覆冰變化以及金具溫度等。

d）具備對輸電線路的運行狀態(tài)進行合理的預警功能。平臺通過比較線路運行狀態(tài)的預警閥值，依據(jù)預警基本流程以短信、彩信及郵件等方式實現(xiàn)在線監(jiān)測報警功能，使線路運行維護人員能夠及早了解事故情況[4]，預先做好處理措施。

e）具備完善的影像、圖片管理、數(shù)據(jù)檢索功能。運行維護人員通過客戶端平臺可實現(xiàn)對歷史圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)字處理、存取、檢索及對比分析。

3.3 建立有效的在線監(jiān)測裝置運行維護隊伍

目前，在線監(jiān)測系裝置的運行維護及定期養(yǎng)護工作職責分工較為模糊，設備生產(chǎn)廠商、線路運行維護單位在業(yè)務職能上存在一定交叉。因此，建立專業(yè)的在線監(jiān)測裝置運行維護隊伍，針對在線監(jiān)測裝置開展定期養(yǎng)護與維修工作，在線監(jiān)測裝置的正常運轉(zhuǎn)才能對輸電線路運行做出準確有效的監(jiān)測與預警。

[1]趙增華，石高濤，韓雙立，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡的高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2009(10)：80-82.

[2]吳今培，肖建華.智能故障診斷與專家系統(tǒng)[M].北京:科學出版社，1997：23.

[3]黃新波，陳榮貴，王孝敬，等.輸電線路在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京:中國電力出版社,2008:1-3.

[4]鄭亞茹，黃曙，王焱.基于無線傳感器網(wǎng)絡的高壓輸電線監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.廣東電力，2010，23（12）：13-15.