輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)導(dǎo)線溫度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)卓林 王玉俠

摘要：為解決現(xiàn)有電網(wǎng)遠(yuǎn)距離供電時(shí)輸送電容量因多種技術(shù)受限導(dǎo)致下降，從而不能滿足電力用戶需求的問(wèn)題，在原有的輸電線路上，采用分布式低功耗溫度采集技術(shù)、通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)GPRS（GeneralPacket?RadioService）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)，綜合設(shè)計(jì)出一種能夠?qū)旊娋€路的電流和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，從而使該系統(tǒng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映輸電線路各監(jiān)控點(diǎn)的溫度狀況，通過(guò)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)反饋分析從而對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的高效性、穩(wěn)定性和可靠性得到提升。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;導(dǎo)線溫度;在線監(jiān)測(cè);動(dòng)態(tài)增容

隨著用電負(fù)荷的變化和發(fā)展，多種技術(shù)受限導(dǎo)致降低了電力系統(tǒng)中輸電線路的輸電能力，進(jìn)而大大降低了系統(tǒng)的輸送容量，難以滿足電力用戶需要[1]。為了提高系統(tǒng)傳輸中的傳輸容量，主要方法包括靜態(tài)提溫增容技術(shù)和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)，由于后者具有安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加廣泛。利用動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法分別有基于氣候監(jiān)測(cè)、直接溫度測(cè)量監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線弧垂測(cè)量監(jiān)測(cè)以及導(dǎo)線張力測(cè)量監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)，經(jīng)研究表明，采用基于直接對(duì)輸電線路溫度測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)是比較可行的方法，但在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在技術(shù)方面和管理方面任存在諸多待解決的問(wèn)題[2]。本文提出一種基于導(dǎo)線溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，主要實(shí)時(shí)監(jiān)視導(dǎo)線溫度，采集輸電導(dǎo)線所處環(huán)境信息，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊向監(jiān)控中心反饋數(shù)據(jù)[3，4]，能實(shí)時(shí)確定其傳輸功率極限、從而提前發(fā)現(xiàn)線路中監(jiān)測(cè)部位的過(guò)熱點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)提高輸電線路容量及狀態(tài)檢修提供可靠的依據(jù)。

1?輸電線路增容方法

1.1?靜態(tài)提溫增容技術(shù)

該技術(shù)的原理是突破行規(guī)限制，對(duì)于環(huán)境溫度仍按40℃進(jìn)行考慮，環(huán)境風(fēng)速、光照強(qiáng)度也同樣按行規(guī)要求計(jì)算，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線的最高允許溫度提出改進(jìn)從而來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電容量的提升。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，如果將溫度提升一定裕度，輸電線路的輸送容量明顯得到提高，從而帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)收益。但是，通過(guò)該技術(shù)提升輸送容量，也會(huì)來(lái)帶來(lái)一些負(fù)面影響：（1）輸電線路的導(dǎo)線以及配套的金具使用壽命會(huì)受到影響;（2）溫度提高同樣會(huì)使導(dǎo)線的弧垂增加，導(dǎo)致對(duì)地以及交叉跨越的安全裕度得到不同程度的影響;（3）該技術(shù)提升載流量的同時(shí)，電能損耗也相應(yīng)增加。

1.2?動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

該技術(shù)是通過(guò)輸電線路上的測(cè)溫終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路本身的狀態(tài)和環(huán)境氣象條件信息[5]。在保持現(xiàn)有行規(guī)的前提下，根據(jù)應(yīng)用條件所選擇增容模型，推導(dǎo)計(jì)算出導(dǎo)線各時(shí)刻的最大允許載流量，從而用以提升系統(tǒng)的輸電容量。動(dòng)態(tài)增容技術(shù)相較于靜態(tài)增容技術(shù)很大程度上可以保證設(shè)備和系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

1.3?理論模型的建立

影響導(dǎo)線載流量的因素有多種，不同國(guó)家在計(jì)算載流量時(shí)考慮的因素也不一樣，從而公式的系數(shù)也有所不同。本文使用的導(dǎo)線載流量公式是采用文獻(xiàn)[6][7]介紹的通過(guò)熱平衡原理推到得到提出的公式，如下式所示：

暫態(tài)相較于穩(wěn)態(tài)是種動(dòng)態(tài)的變化，決定因素有多種，因此要計(jì)算暫態(tài)下導(dǎo)線的載流量需要考慮多種情況，其中主要考慮的是施加負(fù)荷的影響。其計(jì)算公式由式（1-2）和（1-3）所示：

2??系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由近到遠(yuǎn)可看作三層，包括為近距離通信層、遠(yuǎn)距離通信層和控制層。系統(tǒng)組成主要包括測(cè)溫終端、測(cè)溫主機(jī)、基站和監(jiān)控中心。結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示

本系統(tǒng)具有完善的性能，采用新穎的無(wú)線通信模式和可靠的電源管理，可靠性得到提升，能適應(yīng)野外環(huán)境，應(yīng)用前景廣泛。

3?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1?測(cè)溫終端硬件設(shè)計(jì)

一種溫度信息采集設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：（1）電源模塊;（2）主控制器;（3）時(shí)鐘控制模塊;（4）接觸式溫度傳感器;（5）近距離無(wú)線通信模塊。組成框圖如圖3-1所示。

由于測(cè)溫終端工作在高壓環(huán)境，會(huì)受一定程度的影響，導(dǎo)致測(cè)量設(shè)備工作質(zhì)量不佳。因此在設(shè)計(jì)該設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部采取了光電隔離、電氣絕緣和電磁屏蔽等措施，從而可以提升系統(tǒng)的魯棒性。主控制器選用PIC16F876A芯片，其最大特點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程，采用目前應(yīng)用較為成熟的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20[15]，控制時(shí)鐘模塊選用時(shí)鐘器件ISL12O26，來(lái)控制測(cè)溫時(shí)間間隔。

3.2?測(cè)溫主機(jī)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)溫主機(jī)用來(lái)接收該鄰域的測(cè)溫終端測(cè)量信息。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：（1）時(shí)鐘和定時(shí)控制;（2）電源管理;（3）主控制器芯片;（4）光電隔離電路;（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等。如圖3-2所示。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1?測(cè)溫終端主程序

系統(tǒng)測(cè)溫終端的程序流程為：首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化;其次對(duì)時(shí)鐘芯片初始化設(shè)置好系統(tǒng)的工作時(shí)間間隔;接著采集導(dǎo)線各點(diǎn)溫度信息并通過(guò)近距離無(wú)線模塊向鄰域主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)集;接著設(shè)置定時(shí)器參數(shù)，在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)等待接收主機(jī)的回應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行判斷處理;最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗控制。主流程圖如圖4所示。

4.2?測(cè)溫主機(jī)主程序及中斷程序

系統(tǒng)測(cè)溫主機(jī)的程序流程為：首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化;其次調(diào)制系統(tǒng)的時(shí)鐘芯片;緊其次對(duì)環(huán)境氣象條件進(jìn)行采樣;最后呼叫所有基站和將采樣數(shù)據(jù)一并發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心的控制命令。主程序流程和中斷程序流程如圖5所示。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究輸電線路電流與導(dǎo)體溫度之間的關(guān)系，提出了通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一定天氣環(huán)境下的導(dǎo)體溫度來(lái)計(jì)算線路隱式電容以實(shí)現(xiàn)傳送容量擴(kuò)展目的的想法。進(jìn)而為電力系統(tǒng)輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)提供科學(xué)參考值。系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)整體功耗降低，減少無(wú)用功率;（2）監(jiān)測(cè)溫度系統(tǒng)硬件電路安全可靠，符合工程要求;（3）將短距離傳輸和遠(yuǎn)距離傳輸相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜通信;（4）系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用在線路監(jiān)控，也可應(yīng)用于其他電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用前景廣泛。

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作者簡(jiǎn)介：關(guān)卓林（1995—??），男，漢族，安徽淮南人，本科，助理工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)維檢修。