特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術的應用分析

董浩聲

（國網(wǎng)安徽電力有限公司檢修分公司±1100kV 古泉換流站，安徽 宣城 242074）

一、特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術分析

特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術是一項新的技術，它主要包括以下內(nèi)容：為避免特高壓輸電線路遭受生物、氣候等因素的破壞，采用相應的監(jiān)測設備和系統(tǒng)對其周圍環(huán)境進行監(jiān)測；為避免特高壓輸電線路遭受生物、氣候等因素的破壞，采用相應的監(jiān)測設備和系統(tǒng)對其周圍環(huán)境進行監(jiān)測；為避免特高壓輸電線路受到生物、氣候等因素的破壞，采用相應的監(jiān)測設備和系統(tǒng)對特高壓輸電線路進行監(jiān)測；為防止特高壓輸電線路發(fā)生意外事故，采用相應的監(jiān)測設備對特高壓輸電線路進行監(jiān)測；為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，采用相應的監(jiān)測設備對特高壓輸電線路進行監(jiān)測；絕緣子監(jiān)測，由于絕緣子絕緣力不足，極易發(fā)生跳閘故障，影響供電的可靠性，采用相應的監(jiān)測技術可及時判斷絕緣子有無附加污穢，從而保證供電的穩(wěn)定。所以在特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術中，工作人員可以通過對周圍環(huán)境的監(jiān)控、對雷擊的監(jiān)控和對雷擊的監(jiān)控等措施，確保供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術的運行主要涵蓋在以下幾方面：①對周邊環(huán)境的監(jiān)測，②雷擊監(jiān)測，在特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術中，減少極端天氣對特高壓輸電線路的影響，保證電力系統(tǒng)的正常運行；③絕緣子監(jiān)測，絕緣子的絕緣能力不夠，容易導致跳閘故障，影響供電的可靠性，因此在特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術中，判斷絕緣子是否附帶污穢，從而進行及時的維護和更換，保證供電的穩(wěn)定。因此在特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術中，工作人員可以通過監(jiān)測周邊環(huán)境、監(jiān)測雷擊、監(jiān)測雷擊等措施來保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

二、電力系統(tǒng)輸電線路實時監(jiān)測技術的改進措施

（一）風害與舞動監(jiān)測

舞動是導線在風力作用下產(chǎn)生的大幅度擺動現(xiàn)象,極容易導致線路跳閘。目前主要基于DOFS 的舞動監(jiān)測技術為POTDR 技術。陸飆等學者利用POTDR 技術,通過光纜內(nèi)散射信號沿空間分布的偏振態(tài)擬合的方法實現(xiàn)了舞動頻率和擺幅的定量測量,監(jiān)測得到的信號通過頻譜分析實現(xiàn)了線纜風舞的在線監(jiān)測,但POTDR 技術的難以實現(xiàn)多點測量,監(jiān)測范圍有限,可能引起誤判。

（二）監(jiān)測數(shù)據(jù)交換設計

輸電線路在線監(jiān)測管理平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)交換功能是實現(xiàn)與其他系統(tǒng)間的信息交換,其他系統(tǒng)包括六個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)對于監(jiān)測預警數(shù)據(jù)信息均采用推送方式,將其傳輸至輸電在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),而該在線監(jiān)測管理系統(tǒng)具有信息監(jiān)測功能及預警功能。在線監(jiān)測管理平臺系統(tǒng)通過對其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、文件、WebService 接口進行訪問來獲取有效數(shù)據(jù),并向訪問的子系統(tǒng)推送有關雷電定位、污穢監(jiān)測、覆冰監(jiān)測、防汛監(jiān)測、氣象監(jiān)測子系統(tǒng)可通過接口向輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)推送輸電線路狀態(tài)預警信息。監(jiān)測平臺和各子系統(tǒng)之間信息數(shù)據(jù)的交互都采用文本和XML 格式傳輸。

（三）做好對輸電線路的在線監(jiān)測工作

現(xiàn)階段我國電力企業(yè)為了實現(xiàn)對輸電線路運行情況的監(jiān)控管理,很多都應用了觸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由監(jiān)控中心軟件、現(xiàn)場多功能監(jiān)測基站與3G 無線通信視頻監(jiān)控系統(tǒng)這3 個部分構(gòu)成。通過觸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電線路的可視化管理、安全預警管理以及輔助決策等職能,有效地為輸電線路的維護與管理提供相應的可靠數(shù)據(jù),保證輸電線路等電力設備的狀態(tài)穩(wěn)定性。通過在線監(jiān)控系統(tǒng),還能夠?qū)崿F(xiàn)對線路區(qū)域內(nèi)的空氣污染顆粒密度、絕緣子表面污穢程度、雷擊密度強度和風雪氣候等實現(xiàn)及時的掌握,有效地減少輸電線路故障的發(fā)生,提高輸電線路的絕緣性能,做好各項工作的預防措施。不僅如此,在線監(jiān)控系統(tǒng)還能第一時間了解地下輸電線路的還流、局放和溫度等數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時監(jiān)測,保證電纜隧道的正常運行,有效地實現(xiàn)對輸電線路載流密度的調(diào)整與控制,減少安全事故的發(fā)生。最后,通過實時的在線監(jiān)測系統(tǒng),還能夠?qū)旊娋€路通道上的故障問題和區(qū)域內(nèi)的災害情況,實現(xiàn)準確的定位與處理。

（四）氣象環(huán)境的實時監(jiān)測

氣象參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的風向、溫度和濕度必須安裝在被監(jiān)測線路的桿塔上，以便及時將氣象參數(shù)傳至數(shù)據(jù)中心，便于工作人員分析影響線路運行的自然因素，找出解決方案。在氣象環(huán)境在線實時監(jiān)測方面，最重要的是覆冰在線實時監(jiān)測，這種監(jiān)測技術可以在惡劣天氣條件下監(jiān)測輸電線路和變電站絕緣子的覆冰情況。利用監(jiān)測分析的精確方法和數(shù)據(jù)模型，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，可以對即將到來的冰雪災害線路進行預報，從而向有關部門發(fā)出預警信號。覆冰監(jiān)測技術，能防止發(fā)生斷線、冰閃、倒塔和舞動等災害性事故，其工作原理主要是：監(jiān)測導線傾斜角度和弧垂等參數(shù)，結(jié)合參數(shù)分析輸電線路的狀況，計算覆冰后的載重、覆冰厚度和重量等參數(shù)，為覆冰危險等級的判斷提供依據(jù)。針對輸電線路拉力的實際情況，對覆冰情況和線路受力狀況進行監(jiān)測。通過對數(shù)據(jù)的分析，將數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)測中心，預測輸電線路的結(jié)冰情況，并給出結(jié)冰警報。

（五）線路視頻在線監(jiān)測技術

線路視頻在線監(jiān)測技術與其說是為了維護線路的安全,不如說是為了維護人們的安全。社會在不斷進步和發(fā)展,與此同時,人們的用電需求也在日益增高,為了滿足人們生產(chǎn)生活的需求,輸電線路不再遠離大眾的視野,它漸漸出現(xiàn)在城市中,但高壓電的周圍易發(fā)生觸電事故,所以,要對它周圍進行監(jiān)控,防止發(fā)生危險。此外,為了保持企業(yè)形象,也要在線路周圍進行視頻監(jiān)控,這既是給公眾的承諾,也是對企業(yè)利益的保護?；谝陨显?在城市,尤其是人口相對密集的地方,設置視頻監(jiān)控是很有必要的。線路視頻監(jiān)控大致可由監(jiān)控子站、監(jiān)控總站和企業(yè)相關負責人三部分組成。監(jiān)測子站相當于神經(jīng)元的樹突,接收四面八方的信息,了解各處的情況,同時彼此之間互不干擾,最終它們將信息統(tǒng)一傳至神經(jīng)元,也就是監(jiān)測總站,在這里,信息會有一個基礎的匯總,但真正起決定作用的還是最高級的中樞系統(tǒng)。相關負責人要掌握各處實時的動態(tài),對任何部分都不能馬虎,一旦有情況發(fā)生,都要雷厲風行地采取措施,保證城市電路運行的穩(wěn)定。

（六）弧垂與斷股監(jiān)測

利用BOTDR 技術實現(xiàn)了分布式光纖的弧垂測量,根據(jù)輸電線路的架空線狀態(tài)方程可知,只需得到輸電線路所處環(huán)境的溫度變化,就可以得到其弧垂變化量,而正常情況下,分布式光纖具有冗余長度,不會產(chǎn)生應變,所以BOTDR 的頻移僅僅于溫度有關,試驗結(jié)果表明BOTDR 計算得到的線路弧垂的誤差小于2%。一種利用BOTDR 監(jiān)測導線斷股的技術,在假設外界溫度不變的情況下,通過監(jiān)測OPGW 的應變量進而計算其應力分布,通過理論分析與實驗可以得到,由于光纖余長的關系,在斷股數(shù)低于3 時,測得的布里淵頻率變化較小,在斷股數(shù)大于3 時,可以很好的監(jiān)測OPGW 的斷股狀態(tài)。比如它的樣本較少,最終結(jié)論可能并不全面,還有如何讓機器的監(jiān)測更加貼近人工測量的結(jié)果,如何讓它的監(jiān)測更加全面智能,這些都是工作人員需要不斷探索的問題。

三、輸電線路帶電檢測技術

（一）紫外檢測

紫外檢測技術利用紫外成像儀接收電暈放電產(chǎn)生的紫外線信號，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達到確定電暈的位置和強度的目的。檢測儀器與被檢測對象沒有電氣接觸，紫外檢測設備靈敏度高，性能穩(wěn)定，能有效檢測線路電暈放電情況，為輸電線路狀態(tài)檢測提供了一種先進手段。紫外成像對于一些外部有電暈和放電的缺陷較為敏感，如導線外部損傷、斷股、散股等故障易檢測；在一定程度上能夠反映一些絕緣子缺陷，如復合絕緣子的護套損傷、電蝕，在雨后或潮濕天氣中能觀測到，在干燥天氣中不明顯；對于零值絕緣子的測量判則敏感性較弱。目前，正在開展該檢測技術的相關應用研究，使用它觀測各種電力設備的故障狀態(tài)，積累運行經(jīng)驗，方便使用。

應用紫外成像法，能夠比較迅速、形象、直觀地顯示出線路的一些運行狀態(tài)信息，以及較明確給出故障的屬性、部位和嚴重程度，無需另備輔助信號源和各種檢測裝置，使得該檢測方法手段單一、操作方便，與傳統(tǒng)人工徒步觀測和登桿塔檢測方法相比，大大提高了檢測效率，同時不受地理環(huán)境條件的限制。建議特高壓交流輸電線路運行中開展紫外成像技術的應用研究。

（二）紅外檢測

電氣設備存在外部或內(nèi)部故障時，往往伴隨著不正常的發(fā)熱或溫度分布異常。紅外檢測通過探測設備表面的紅外輻射信號獲得設備的熱狀態(tài)特征，從而對設備有無故障、故障屬性、存在位置和嚴重程度進行判別。

紅外檢測技術具有遠距離、不接觸、不解體、安全可靠、準確高效地發(fā)現(xiàn)設備熱缺陷的優(yōu)點，它既可檢測出各種類型的設備外部接觸性過熱故障，又能比較有效地檢測出設備內(nèi)部導流回路的缺陷和絕緣故障，因而方便有效，并可將故障消除在萌芽狀態(tài)。

紅外檢測裝置有紅外測溫儀、紅外熱電視和紅外熱像儀等。應用時，可根據(jù)實際情況合理選用紅外測溫儀和紅外熱像儀，對輸電線路的關鍵設備和設備的關鍵部位定期進行紅外檢測，建立紅外測溫數(shù)據(jù)庫(含溫升、相對溫差等)和紅外熱像圖譜庫，并定期做出技術報告并分析，以判斷設備是否正常。紅外檢測技術在超高壓系統(tǒng)的應用較為普遍，已有成熟經(jīng)驗，建議在特高壓交流試驗示范工程的運行中應用。

（三）超聲波檢測

超聲波檢測法可用來檢測復合絕緣子芯棒裂紋。超聲波檢測的實現(xiàn)是基于超聲波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)的傳播過程中會在兩介質(zhì)的交界面發(fā)生反射、折射和模式交換的原理，超聲波發(fā)生器發(fā)射始脈沖進入絕緣子介質(zhì)，絕緣子有裂紋時，即在時間軸上出現(xiàn)該裂紋的發(fā)射波，根據(jù)時間軸上缺陷波的大小和位置即可判斷絕緣子中的缺陷情況。用超聲波檢測復合絕緣子機械缺陷時具有操作簡單、安全可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點；但由于其存在耦合、衰減及超聲波換能器性能問題，在遠距離遙測上目前尚未有重大突破，不適合現(xiàn)場檢測，主要用于企業(yè)生產(chǎn)在線檢測以及實驗室鑒定。

（四）電場法檢測

電場法通過測量絕緣子的電場分布來檢測零值絕緣子或復合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷。運行中的絕緣子，在正常狀態(tài)下電場強度和電勢沿絕緣子軸向的變化曲線是光滑的，絕緣子中存在導通性缺陷時，該處電位變?yōu)槌?shù)，相應位置的電場將發(fā)生畸變。因此，測量絕緣子串的軸向電場分布便可找出絕緣子的絕緣導通性故障。

結(jié)語

由于輸電線路的實時監(jiān)測技術發(fā)展的時間較短,目前還處于初級階段,所以還存在一些問題,例如運行環(huán)境比較惡劣,影響實時監(jiān)測的穩(wěn)定性及可靠性,以及監(jiān)測精度上也有一定的問題需要加強改善。因此,輸電線路實時監(jiān)測技術應用時,應不斷提升其穩(wěn)定性和可靠性,為促進電力系統(tǒng)為廣大人民群眾提供更為優(yōu)質(zhì)的電力服務。