智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

鄧寶昌 尚帥 夏志剛 姜德育 呂連杰

摘要：輸電線路是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵和電能輸送的紐帶，一旦發(fā)生運(yùn)行障礙，就會(huì)造成區(qū)域電力系統(tǒng)的崩潰，導(dǎo)致嚴(yán)重的電網(wǎng)事故，所以輸電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是提高電網(wǎng)安全運(yùn)行和輸送能力的必然要求。文章概述了輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)機(jī)理，提出了智能輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要求，進(jìn)一步分析了智能輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其功能，最后分析了智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);輸電線路;在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是指直接安裝在線路設(shè)備上可實(shí)時(shí)記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量系統(tǒng)及技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)檢修的重要手段，狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)與否很大程度取決于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的成功與否。美國(guó)是最早研究與使用該技術(shù)的國(guó)家，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)也已逐漸廣泛運(yùn)用于我國(guó)電力系統(tǒng)中。

1、輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)機(jī)理

輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由各種前端監(jiān)測(cè)裝置和系統(tǒng)前站組成，其中系統(tǒng)前端有輸電線路運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)和顯示中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端監(jiān)測(cè)到的信息的統(tǒng)計(jì)、分析、處理、查詢和控制等作用。前端監(jiān)測(cè)裝置是輸電線路的各種遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)、近端監(jiān)測(cè)和控制裝置，例如數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)終端單元和各類傳感器等。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高度集成性、可以實(shí)現(xiàn)采集、處理和傳輸數(shù)據(jù)的作用。通過(guò)設(shè)計(jì)前端監(jiān)測(cè)裝置來(lái)全天候和全方位的監(jiān)測(cè)輸電線路本省和周邊環(huán)境的狀況，并進(jìn)行采集和處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用 4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶筇毂O(jiān)控主站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、顯示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理輸電線路的故障，保持輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高輸電線路的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的可控、在線控制、智能控制。

2、智能輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要求

采用智能輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)輸電線路多種監(jiān)測(cè)信息的統(tǒng)一管理，可集中顯示輸電線路設(shè)備的運(yùn)營(yíng)情況;構(gòu)建智能決策系統(tǒng)后，可利用環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正確地判斷輸電線路的運(yùn)行狀況，在線路故障前及時(shí)預(yù)警，從而為生產(chǎn)決策提供支持和調(diào)度提供信息來(lái)源。通過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析輸電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)公司、科研人員提供數(shù)據(jù)信息支持。因此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須滿足可靠性、擴(kuò)展性、交互性、擴(kuò)展性、規(guī)范性和擴(kuò)展性要求，從而更好地對(duì)輸電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

3、智能輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其功能分析

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由中央控制器、數(shù)據(jù)采集卡、電源控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、通信模塊、時(shí)鐘芯片等部分組成，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路。運(yùn)行參數(shù)主要有輸電線路導(dǎo)線的運(yùn)行溫度、導(dǎo)線風(fēng)偏程度、絕緣子污穢程度、輸電線路走廊氣象條件信息等。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的圖形顯示技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)借助傳感器將采集到的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡送入中央控制器，并利用傳感器收集溫度、濕度、雨量和振動(dòng)等方面的環(huán)境變量。中央控制器可按照通信協(xié)議，通過(guò)傳送器將信息傳送至遠(yuǎn)方監(jiān)控中心，從而將數(shù)據(jù)存于不易丟失的大容量閃存中。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可利用監(jiān)控中心發(fā)出的控制信號(hào)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、修改分機(jī)釆樣時(shí)間等操作。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大屏幕具有顯示功能，在輸電線路勘測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，可將輸電線路和電氣設(shè)備按其實(shí)際地理位置展示在地理背景屏幕上，形成輸電線路走廊、架空線路、金具等設(shè)備的二維、三維圖像，還可形成直觀的虛擬現(xiàn)場(chǎng)，表現(xiàn)輸電線路的故障情況，這有利于測(cè)距定位。此外，還可以為輸電線路的可視化仿真、設(shè)備評(píng)估、災(zāi)害預(yù)警提供可視化平臺(tái)。利用直觀化的方法，可以及時(shí)、快速地顯示發(fā)生故障的輸電線路及其地理位置信息，以方便實(shí)施設(shè)備維護(hù)操作指令。

3.3 專家?guī)鞗Q策技術(shù)

借助專家?guī)炜刹榭摧旊娋€路監(jiān)測(cè)的知識(shí)庫(kù)、監(jiān)測(cè)算法的模型庫(kù)、設(shè)備檢修的方案庫(kù)、狀態(tài)的評(píng)估結(jié)果等，還可以交互查詢數(shù)據(jù)、圖形和表格等信息。

3.4 輸電線路監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

采用該技術(shù)可綜合分析各個(gè)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、在線或離線數(shù)據(jù)、電氣設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還可分析設(shè)備故障的臨界條件，在故障即將發(fā)生的情況下，準(zhǔn)時(shí)告知線路檢修人員

排查故障。一旦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的氣象系統(tǒng)檢測(cè)到風(fēng)暴、雨、雪等天氣情況時(shí)，會(huì)分析其發(fā)生的地域、時(shí)間，并發(fā)出預(yù)警信息，告知線路運(yùn)行單位制訂災(zāi)害預(yù)防方案，從而減小災(zāi)害對(duì)線路的損壞。

3.5 其他輔助技術(shù)

在構(gòu)建三維輸電線路場(chǎng)景后，搭建輸路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的教育學(xué)習(xí)平臺(tái)，并借助輸電線路監(jiān)測(cè)工作中的視頻畫面、PPT、培訓(xùn)資料等內(nèi)容開(kāi)展教學(xué);統(tǒng)一管理輸電線路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、圖紙和輸變電工程設(shè)備檔案資料等，并有效處理數(shù)字檔案。

4、智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，一方面可逐步取代傳統(tǒng)的人工巡檢，通過(guò)對(duì)輸電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，充分掌握線路運(yùn)行狀態(tài)和氣象條件，將污閃、覆冰、微風(fēng)振動(dòng)以及設(shè)備自身故障等事故消除在萌芽狀態(tài);另一方面可全面收集和積累線路運(yùn)行及氣象資料，為輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為智能輸電線路的關(guān)鍵技術(shù)之一，其未來(lái)主要發(fā)展方向如下：

4.1提高實(shí)用性

目前逐步形成主流實(shí)用的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，如覆冰、氣象、圖像/視頻、微風(fēng)振動(dòng)等監(jiān)測(cè)技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。隨著科技進(jìn)步和一些關(guān)鍵技術(shù)突破，一些高科技手段有可能應(yīng)用到輸電線路在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，如線路巡線機(jī)器人、無(wú)人巡線飛機(jī)等。

4.2 CMD的智能化與集成化

目前 CMD主要完成信息的采集與傳輸，數(shù)據(jù)分析與計(jì)算功能通過(guò)后臺(tái) CAG來(lái)實(shí)現(xiàn)。未來(lái)數(shù)據(jù)采集、分析、計(jì)算、預(yù)警等模塊將會(huì)逐步嵌入到 CMD中;CMA經(jīng)過(guò)幾次功能縮減，現(xiàn)在僅完成數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加密功能，這部分功能完全可嵌入到 CMD。如果再出臺(tái) CMD與傳感器之間的通信規(guī)約，則可實(shí)現(xiàn) CMD功能的智能化與集成化。

4.3輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)要成為運(yùn)行維護(hù)的有效手段，就必須大力發(fā)展基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)。國(guó)家電網(wǎng)公司以及省電力公司大多已成立了輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心，將重點(diǎn)進(jìn)行這方面的研究工作。同時(shí)，有些骨干企業(yè)，例如西安金源電氣股份有限公司，也逐步建立 了數(shù)據(jù)分析與狀態(tài)評(píng)價(jià)中心，開(kāi)展了有關(guān)狀態(tài)評(píng)價(jià)方面的研究與應(yīng)用工作。

5、結(jié)束語(yǔ)

輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司中得到大量應(yīng)用，部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某些省電力公司的某些電壓等級(jí)的設(shè)備已經(jīng)普遍推廣使用，如輸電線路覆冰、導(dǎo)線測(cè)溫、圖像監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜等，并取得一定的效果。輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步成為電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害、人為因素和本體故障的有效手段。

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