輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備可靠性的提升措施研究

徐望圣,童干，汪旭旭，秦冰

(1.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司宜昌工程建設(shè)部，湖北 宜昌 443000； 3.國網(wǎng)甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備可靠性的提升措施研究

徐望圣1,童干1，汪旭旭2，秦冰3

(1.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司宜昌工程建設(shè)部，湖北 宜昌 443000； 3.國網(wǎng)甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

現(xiàn)有輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備在通信、視頻、供電等方面存在數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、視頻模糊、供電效率低等問題。本文針對上述問題，提出了遠(yuǎn)距離WiFi傳輸技術(shù)、高可靠攝像頭、可靠供電技術(shù)，并將其應(yīng)用于實際工程中，應(yīng)用效果表明，改進(jìn)后設(shè)備可靠性高于原有在線監(jiān)測設(shè)備。

輸電線路；在線監(jiān)測；可靠性；提升措施

1 引言

輸電線路設(shè)備的安全可靠是整個電力系統(tǒng)安全可靠性的基礎(chǔ)，設(shè)備某一局部故障常常會波及全系統(tǒng)，影響電網(wǎng)安全運行，從而給國民經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損失。因此需要輸電線路管理部門通過合適的在線監(jiān)測[1-4]技術(shù)及時掌握輸電設(shè)備的運行狀態(tài)和健康狀態(tài)，為正確地對設(shè)備進(jìn)行故障檢測和診斷提供依據(jù)，從而制定合理的檢修體制和消除設(shè)備的故障。但是，現(xiàn)有監(jiān)測裝置普遍存在著數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、供電不足、監(jiān)測裝置穩(wěn)定性差等問題，急需通過對各類先進(jìn)智能技術(shù)的引入、現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)的改進(jìn)及新型監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)等多種手段來改進(jìn)和完善現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)及裝置的不足，為檢修工作提供可靠、有力支持。

2 在線監(jiān)測設(shè)備存在的問題

2.1 問題形式

現(xiàn)有在線監(jiān)測產(chǎn)品在數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測裝置性能、監(jiān)測裝置質(zhì)量等方面存在的不足，嚴(yán)重影響在線監(jiān)測設(shè)備的可靠性。這些不足主要表現(xiàn)如下：

2.1.1 數(shù)據(jù)傳輸

對于分屬不同供應(yīng)商的在線監(jiān)測裝置，各類在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則不一致，數(shù)據(jù)后臺和監(jiān)控設(shè)備重復(fù)配置，且導(dǎo)致數(shù)據(jù)分散；各類裝置功能相互獨立，檢測數(shù)據(jù)不能共享且重復(fù)監(jiān)測。在數(shù)據(jù)傳輸中存在公網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換的安全問題，各分公司都是內(nèi)外網(wǎng)隔離，數(shù)據(jù)傳輸困難，統(tǒng)計查詢也不方便，對于偏遠(yuǎn)山區(qū)，有可能存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全的問題。由于目前輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)主要是通過第三方的GSM無線通訊移動網(wǎng)實現(xiàn)實時傳輸，上述因素常引起數(shù)據(jù)傳送延時和漏傳現(xiàn)象的發(fā)生。目前在線監(jiān)測采用的通信手段，受到通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的制約，缺乏有效的通訊手段進(jìn)行及時、大流量數(shù)據(jù)的傳送。GSM無線通訊移動網(wǎng)是公共網(wǎng)絡(luò)，今后大量應(yīng)用，數(shù)據(jù)的安全性值得深思。

2.1.2 監(jiān)測裝置性能

建立于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)之上的分析模型并不多見且標(biāo)準(zhǔn)不一，雖能獲得數(shù)據(jù)，卻得不到實際意義。監(jiān)測系統(tǒng)電源單一，多為太陽能電池供電，部分產(chǎn)品采用電源采用太陽能和蓄電池的組合供電方式。但由網(wǎng)省公司反映的結(jié)果看，有相當(dāng)一部分設(shè)備的電源不能滿足長期監(jiān)測的需要。部分在線監(jiān)測裝置功能單一，只是對實時情況進(jìn)行監(jiān)測，對趨勢的發(fā)展沒有分析及預(yù)警功能。輸電線路狀態(tài)評估的智能化程度不高，需要建立智能判據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能分析，能準(zhǔn)確可靠的用于狀態(tài)檢修，形成能真正指導(dǎo)生產(chǎn)實際的判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。圖像及視頻設(shè)備適應(yīng)線路環(huán)境的性能較差，夜間采集的圖像不清晰，不具備紅外線功能，在雨霧天氣球機外罩經(jīng)常出現(xiàn)水膜，在冬季球機外罩水膜經(jīng)常結(jié)冰，造成無法得到有效的監(jiān)控圖片。輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)通常是采用點對點的監(jiān)控，成本較高，雖然可以對特殊地段局部進(jìn)行監(jiān)控，但是不能滿足對特殊地段全面監(jiān)控的需要；有些特殊地段信號較弱，還無法實現(xiàn)應(yīng)用。

2.1.3 監(jiān)測裝置質(zhì)量方面

在線監(jiān)測裝置的系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)備適應(yīng)線路惡劣環(huán)境的性能較差，設(shè)備失效等問題。電池、太陽能板壽命較短，冬季電池的使用性能明顯下降，甚至無法工作。

2.2 提升在線監(jiān)測設(shè)備可靠性思路

2.2.1 提升通信穩(wěn)定性[5-6]

現(xiàn)有在線監(jiān)測裝置普遍采用3G/GPRS公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信傳輸，但受運營商網(wǎng)絡(luò)條件限制，如在每天網(wǎng)絡(luò)使用高峰時段，在線監(jiān)測通信的穩(wěn)定性常因此時的數(shù)據(jù)帶寬低而受到影響。針對該問題，考慮利用遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)建立專用通信網(wǎng)絡(luò)來解決通信帶寬不足的問題。

2.2.2 提升視頻監(jiān)測攝像頭[7]可靠性

目前，室外球機通過透明罩將攝像頭跟外界隔離，可是當(dāng)環(huán)境溫度比較低，濕度比較大且早晚溫差很大的時候，在球機的表面以及內(nèi)部容易結(jié)冰結(jié)霧。因此攝像頭無法拍攝到現(xiàn)場的照片，照片是一片模糊，嚴(yán)重影響視頻在線監(jiān)測裝置的使用。目前市面上的視頻在線監(jiān)測裝置還未有這方面的解決方案，有必要設(shè)計一種既可防冰又可防霧的高可靠視頻監(jiān)測攝像頭。

2.2.3 確保有效供電[8-9]

大多數(shù)在線監(jiān)測裝置普遍采用電池進(jìn)行供電，而在新電池技術(shù)巨大突破之前，電池的儲電容量始終是在線技術(shù)有效供電的瓶頸。因此，需研發(fā)出一種新型電池電能管理技術(shù)來合理使用電池電量。但受電池容量制約，僅使用電池管理技術(shù)合理使用電池電量，也只能有限提升電池的供電時長，故采用風(fēng)光互補供電技術(shù)以保證在線監(jiān)測裝置的長期持續(xù)正常工作。

3 解決措施

3.1 遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)

目前市場上所用的WiFi產(chǎn)品大多傳輸距離為100m左右，滿足家用、商場、辦公樓場所即可足夠。然而，輸電線路鐵塔一般地處荒郊野外。距離有線網(wǎng)絡(luò)站點較遠(yuǎn)，一般在1000m甚至更遠(yuǎn)。所以一般的WiFi產(chǎn)品很難滿足輸電線路視頻在線監(jiān)測的需求，因此必須針對輸電線路特有的運行環(huán)境，設(shè)計出適應(yīng)輸電線路的WiFi技術(shù)。

系統(tǒng)(圖1)主要由監(jiān)測點、WiFi信號落地點、視頻監(jiān)視主站組成。遠(yuǎn)距離WiFi傳輸技術(shù)的核心部分在于遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋的應(yīng)用。此處所用的遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋設(shè)備型號為IPlink5808G。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測點安裝在塔桿上，監(jiān)測點將桿塔上安裝的的各類傳感器和視頻攝像頭采集輸電線路的實時數(shù)字和視頻信息，連接至遠(yuǎn)距高寬網(wǎng)橋，WiFi信號落地點通過遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋接受數(shù)據(jù)并連接Internet上傳數(shù)據(jù)，用戶登陸視頻監(jiān)視主站網(wǎng)頁，查看監(jiān)測點處的監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信息。

3.2 高可靠攝像頭

3.2.1 防冰除霧技術(shù)

為了去除球機上的冰和霧，解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案主要為在球機內(nèi)的鐵殼表面粘貼一種特殊材料的隔熱膠，然后將塑膠加熱片粘貼在隔熱膠上。隔熱膠的目的是為了阻止加熱片熱量傳遞到球機鐵殼表面，使發(fā)熱片的熱量全部傳遞到球機內(nèi)部的空氣里，從而節(jié)省能量。當(dāng)球機內(nèi)的空氣加熱到一定溫度后，球機外面的冰自然融化，球機內(nèi)部的霧氣慢慢蒸發(fā)掉，使球機變得越來越透明。從而在不改變原有球機的外觀結(jié)構(gòu)前提下，可通過后臺控制是否開啟加熱裝置，達(dá)到邊拍照邊加熱除冰除霧的性能，結(jié)構(gòu)簡單。

圖2為球機除冰除霧裝置示意圖，1為隔熱雙面膠，2為塑膠發(fā)熱片，3為球機鐵殼。塑膠發(fā)熱片通過隔熱雙面膠粘貼在球機鐵殼上，每片功率17W。將球機放置于低溫箱中，將溫度調(diào)至零下5°附近，模擬室外冬天真實環(huán)境，使得球機罩上結(jié)冰結(jié)霧。開啟加熱裝置的同時，低溫箱仍然保持之前設(shè)定的溫度值，真實的模擬現(xiàn)場環(huán)境，如圖3所示。

圖2 球機除冰除霧裝置示意圖

圖3 球機罩除冰除霧前后對比圖

3.2.2 夜間紅外成像技術(shù)

輸電線路夜間巡視難度較大，且能見度低，一般視頻監(jiān)測無法實現(xiàn)夜間監(jiān)測。而紅外成像技術(shù)并不受能見度的制約，能夠通過所監(jiān)測物體輻射的紅外線波長探知物體表面溫升情況，同時不會受到強光、閃光干擾，因此可以在夜間探知輸電線路絕緣子串表面、導(dǎo)線接頭、金具等處的溫升。

3.3 可靠供電技術(shù)

3.3.1 電池電能管理技術(shù)

根據(jù)已有的電池單體的荷電性質(zhì)，研究電池組的荷電特性。并研究不同影響因素如負(fù)載大小、溫度差異等對電池組電壓電流的影響，通過測量電壓電流獲得大量數(shù)據(jù)，運用模糊邏輯建立電池組的電量管理系統(tǒng)。同時增加外部用電設(shè)備電量使用監(jiān)控程序，使系統(tǒng)實時監(jiān)控未及時關(guān)閉的視頻監(jiān)測設(shè)備并將其自動關(guān)閉，保證電池組長時間有效供電。

3.3.2 風(fēng)光互補充電技術(shù)

風(fēng)光互補充電技術(shù)結(jié)合了風(fēng)力發(fā)電機充電和太陽能板充電的優(yōu)勢，彌補兩者不足，如風(fēng)力發(fā)電機充電能夠在陰天黑夜、風(fēng)雨天氣充電，而太陽能板只能在陽光充足時工作。風(fēng)光互補關(guān)鍵技術(shù)主要指直立軸風(fēng)機技術(shù)。目前風(fēng)力發(fā)電機可以按風(fēng)機容量、交-直流變換方式、風(fēng)機軸結(jié)構(gòu)形式等方式分類。目前輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備充電設(shè)備也存在風(fēng)力機的應(yīng)用，但是多為小型水平軸風(fēng)機，而直立軸風(fēng)機卻在線路在線監(jiān)測中很少看見。

輸電線路在線監(jiān)測選用直立軸風(fēng)機發(fā)電，較水平軸風(fēng)機有諸多優(yōu)點。直立軸風(fēng)機中軸線豎直向下，葉片可以360度自由采風(fēng)，因此不需要偏航系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對于水平軸風(fēng)機要簡單；直立軸風(fēng)機力學(xué)性能優(yōu)異。而水平軸風(fēng)機的缺點就是風(fēng)載作用下的彎矩要比直立軸風(fēng)機產(chǎn)生的彎矩大得多，所以直立軸風(fēng)機的應(yīng)用可以減少對輸電桿塔的影響。

4 應(yīng)用

針對目前在線監(jiān)測設(shè)備可靠性普遍較低的問題，湖北電力公司檢修分公司鄂西北檢修分部對所轄輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)升級，應(yīng)用了遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)、高可靠攝像頭、可靠供電技術(shù)，實際應(yīng)用圖片如圖4所示。

圖4 實際應(yīng)用效果圖

上述設(shè)備掛網(wǎng)運行一年多來，與原有在線監(jiān)測設(shè)備相比，可靠性得到了明顯提高。同一區(qū)域內(nèi)，對原有和升級后的在線監(jiān)測設(shè)備隨機進(jìn)行了150次數(shù)據(jù)抽查，采用3G/2G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的原有設(shè)備出現(xiàn)無法接收數(shù)據(jù)、視頻卡頓現(xiàn)象48次，采用遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)的設(shè)備僅出現(xiàn)3次傳輸失敗事件(其中3次為WiFi落地端停電導(dǎo)致)；2013年冬季達(dá)到攝像頭防冰除霧的天數(shù)為21天，采用普通攝像頭的設(shè)備有19天出現(xiàn)無法看清檢測設(shè)備情況，安裝有高可靠攝像頭的設(shè)備僅有1天出現(xiàn)攝像頭模糊現(xiàn)象。2013年冬季襄陽無日照天數(shù)為49天，電池自動關(guān)閉(電量低于20%時)天數(shù)統(tǒng)計中，原有設(shè)備電池自動關(guān)閉天數(shù)為15天，升級后的設(shè)備電池未出現(xiàn)自動關(guān)閉情況。由此可知，經(jīng)過改進(jìn)升級，輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備的可靠性得到了有效提升。

5 總結(jié)

(1)遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)彌補了3G/2G移動通信網(wǎng)絡(luò)在偏遠(yuǎn)地區(qū)、信號擁堵時段出現(xiàn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失缺陷，能夠保證在線監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測；

(2)高可靠攝像頭利用防冰除霧技術(shù)、夜間紅外技術(shù)，改善了現(xiàn)有監(jiān)測中冬季攝像頭結(jié)冰視頻模糊、夜間無法監(jiān)測的現(xiàn)狀；

(3)可靠供電技術(shù)利用電池電能管理技術(shù)、風(fēng)光互補充電技術(shù)，增加了非充電時段電池的工作時長，豐富了監(jiān)測設(shè)備上電池的充電方式。

[1] 黃新波，張國威.輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].廣東電力，2009，22(1)：13-20.

[2] 冀慧強.輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)研究及應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[3] 張景沛，桑趙剛.特高壓輸電線路在線監(jiān)測裝置應(yīng)用現(xiàn)狀分析及建議[J].山西電力，2015(6)：67-69.

[4] 田赟，馮李軍，吳明鋒.山西電網(wǎng)在線監(jiān)測發(fā)展探討[J].山西電力，2015(6)：19-21.

[5] 趙陽.輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通信組網(wǎng)研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[6] 楊肖波.輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)中的信息傳輸[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[7] 周偉才，譚衛(wèi)成.高壓架空輸電線路視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].廣東電力，2011，24(7)：41-44.

[8] 支理想，劉喆，張立東,等.高壓輸電線路在線監(jiān)測供電電源研究及應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2015(2)：413-415.

[9] 毋金濤.輸電線路在線監(jiān)測裝置供電電源的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

Study on Improving Reliability of On-line Monitoring Equipment on Transmission Lines

XUWang-sheng1,TONGGan1,WANGXu-xu2,QINBing3

(1.Guiyang Bureau of CSG EHV Power Transmission Company,Guiyang 550000,China; 2.DC Construction Branch Yichang Construction Engineering of State Grid Corporation,Yichang 443000, China; 3.Zhangye Bureau of Gansu Province State Grid Power Company,Zhangye 734000,China)

The monitoring equipment on overhead lines usually exist problems such as unstable data,fuzzy video images,low energy supply efficiency.For the above situation,WiFi long-distance transmission technologies,highly reliable camera and reliable power supply technology is put forward in this paper.It is applied to the actual project.The application results show that the improved equipment reliability is higher than the original line monitoring equipment.

overhead lines;online monitoring;reliability;promotion measures

1004-289X(2016)03-0019-04

TM8

B

2015-11-29

徐望圣(1982.8-),男，湖南益陽人，本科，工程師，生產(chǎn)設(shè)備部輸電管理專責(zé)； 童干(1989.9-)，男，湖北黃岡人，本科，助理工程師，從事輸電線路運行維護(hù)工作； 汪旭旭，男，湖北遠(yuǎn)安人，助理工程師，主要研究方向為特高壓直流技術(shù)研究與應(yīng)用； 秦冰(1984.10-)，男，甘肅張掖人，本科，助理工程師，從事變電檢修工作。