基于在線監(jiān)測的輸電線路全過程覆冰防控應(yīng)用研究

王駿，王一風(fēng)，陳達

（昆明能訊科技有限責(zé)任公司，云南 昆明 650217）

0 前言

電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行是關(guān)乎國計民生和國家安全的重大問題。輸電線路覆冰容易造成桿塔塔材屈服、導(dǎo)線斷裂、冰閃跳閘等事故，不但危害輸電線路的安全運行，并且會給社會生產(chǎn)經(jīng)營造成巨大經(jīng)濟損失。

覆冰嚴(yán)重的輸電線路區(qū)段大多位于人煙稀少的高山險峻地區(qū)，采用傳統(tǒng)的人工觀冰耗時長，人身安全風(fēng)險高，無法大規(guī)模開展，通過安裝部署在線監(jiān)測終端進行覆冰監(jiān)測，可有效進行輸電線路覆冰狀態(tài)的感知[1]。

本文通過分析輸電線路覆冰管控業(yè)務(wù)需求及技術(shù)基礎(chǔ)，提出基于在線監(jiān)測的輸電線路全過程覆冰防控應(yīng)用，充分利用在線監(jiān)測的時效性等特點，實現(xiàn)覆冰告警-融冰管理-受損分析-防冰統(tǒng)計-覆冰簡報的全過程覆冰響應(yīng)[2]，結(jié)合覆冰預(yù)測-覆冰分析-預(yù)測驗證-預(yù)測完善的預(yù)測管理，提高覆冰管控效率。

1 覆冰防控機制

建立“準(zhǔn)確預(yù)測”、“實時告警”、“終端聯(lián)動”、“快速響應(yīng)”的覆冰防控機制[3]。

1）準(zhǔn)確預(yù)測：基于氣象臺提供的氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)，結(jié)合地形地貌、歷史覆冰情況形成覆冰厚度的短、中、長期的預(yù)測。

2）實時告警：基于覆冰在線監(jiān)測終端的拉力、風(fēng)傾角、微氣象等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，通過等效覆冰厚度模型進行實時計算，對覆冰比值越限的線路桿塔進行告警及推送。

3）終端聯(lián)動：充分利用覆冰監(jiān)測終端和視頻監(jiān)測終端，通過GIS 分析確認(rèn)聯(lián)動范圍，遠程操控實現(xiàn)聯(lián)動控制，建立覆冰+ 視頻的聯(lián)動監(jiān)測機制。

4）快速響應(yīng)：建立覆冰告警- 融冰管理-受損分析-防冰統(tǒng)計-覆冰簡報的全過程覆冰響應(yīng)機制及應(yīng)用。

2 準(zhǔn)確預(yù)測

準(zhǔn)確預(yù)測主要建立覆冰預(yù)測-覆冰分析-預(yù)測驗證-預(yù)測完善的預(yù)測管理應(yīng)用，保障覆冰的準(zhǔn)確預(yù)測。

1）覆冰預(yù)測：主要結(jié)合溫度、濕度、降水、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象條件，海拔、地形坡度、地貌類型等地貌地形因素，導(dǎo)線高度、半徑等輸電線路本體臺賬，以及歷史覆冰數(shù)據(jù)、覆冰終端區(qū)段等歷史數(shù)據(jù)，建立覆冰厚度及趨勢的預(yù)測模型，在功能應(yīng)用中對模型參數(shù)進行可配置支持，方便對預(yù)測模型的優(yōu)化迭代[4]。

如圖1所示覆冰預(yù)測流程圖，通過輸入氣象參數(shù)（包括實況和預(yù)測數(shù)據(jù)）和覆冰厚度，通過對微氣象數(shù)據(jù)進行機器學(xué)習(xí)及監(jiān)督式訓(xùn)練，形成預(yù)測的覆冰厚度，結(jié)合預(yù)測線路桿塔的歷史覆冰數(shù)據(jù)和覆冰規(guī)律數(shù)據(jù)進行預(yù)測覆冰厚度的修正，最終形成覆冰預(yù)測厚度。

圖1 覆冰預(yù)測流程圖

2）預(yù)測驗證：以人工觀冰和終端監(jiān)測的覆冰厚度做為驗證數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對預(yù)測結(jié)果從漏報指標(biāo)和誤報指標(biāo)進行驗證，按照時間維度24 h、48 h、72 h 和誤報描述進行驗證分析，自動生成預(yù)測驗證報告，對誤報情況按照預(yù)測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的差別進行分析，支撐對預(yù)測模型的調(diào)優(yōu)依據(jù)[5]。

3）預(yù)測完善：基于驗證指標(biāo)對預(yù)測模型進行迭代訓(xùn)練和參數(shù)配置，對漏標(biāo)率和誤報率進行指標(biāo)提升，逐步達到預(yù)測正確率80%的要求。

通過在對覆冰預(yù)測模型及驗證迭代功能在系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以提供覆冰期的覆冰預(yù)測服務(wù)，指導(dǎo)進行現(xiàn)場作業(yè)的物資及人員安排。

3 實時告警

實時告警從時效性、連續(xù)性、關(guān)聯(lián)性三方面對覆冰告警能力進行提升。

1）時效性主要以覆冰在線監(jiān)測告警為主，通過實時監(jiān)測的覆冰告警按照覆冰比值進行不同告警等級的推送，以短信告警推送至線路主人，系統(tǒng)應(yīng)用對覆冰告警進行實時告警；

2）準(zhǔn)確性通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相間異常、導(dǎo)地線差異、數(shù)據(jù)失真進行實時判斷，對異常數(shù)據(jù)引發(fā)的告警進行篩選過濾，提高告警的準(zhǔn)確性；

2）連續(xù)性主要通過整合在線監(jiān)測覆冰厚度和人工觀冰的覆冰厚度，形成線路桿塔實時覆冰趨勢，結(jié)合歷史覆冰厚度、預(yù)測覆冰厚度形成覆冰全周期厚度趨勢；

3）關(guān)聯(lián)性主要關(guān)聯(lián)線路本體信息（是否特殊區(qū)段、重點關(guān)注設(shè)備）、地形地貌（海拔、地形、植被）、線路事件（融冰計劃、融冰工作、覆冰受損、覆冰跳閘）、配套裝置（融冰裝置）對覆冰告警進行關(guān)聯(lián)分析，形成覆冰告警專項報告[6]。

4 終端聯(lián)動

終端聯(lián)動控制：通過桿塔經(jīng)緯度坐標(biāo)計算，以告警桿塔作為分析對象，按照半徑500 m 圓形進行GIS 范圍分析，對范圍內(nèi)的覆冰在線監(jiān)測終端、視頻在線監(jiān)測終端進行關(guān)聯(lián)分析，形成關(guān)聯(lián)終端列表，通過對關(guān)聯(lián)的視頻終端進行遠程控制，調(diào)整云臺角度，指向告警目標(biāo)桿塔導(dǎo)線；對關(guān)聯(lián)的覆冰終端進行遠程控制，縮短采集周期；對采集的圖像按照桿塔進行分類，通過圖像識別，對覆冰有無情況進行判斷，存在一列圖像判斷為覆冰存在的情況，對線路桿塔進行覆冰告警[7]。

如圖2所示對輸電線路監(jiān)測終端進行組網(wǎng)及終端接入，通過網(wǎng)絡(luò)模塊進行監(jiān)測終端自適應(yīng)接入，結(jié)合處理模塊中的數(shù)據(jù)處理決策庫進行數(shù)據(jù)處理，按照決策分析進行控制決策的生成，下發(fā)至控制單元，形成相應(yīng)的運行模式和運行方式的控制，實現(xiàn)對輸電線路監(jiān)測終端的聯(lián)動控制。

圖2 終端控制流程

5 快速響應(yīng)

快速響應(yīng)主要建立和完善覆冰告警-融冰管理-受損分析-防冰統(tǒng)計-覆冰簡報的全過程覆冰響應(yīng)機制及應(yīng)用。

1）覆冰告警快速推送：通過建立覆冰期間線路主人公機制以短信的方式對覆冰告警信息進行快速推送。

2）融冰管理：通過對融冰計劃和融冰工作的關(guān)聯(lián)管理，迅速定位當(dāng)前覆冰線路的融冰情況，對未安排融冰工作的線路桿塔，結(jié)合移動式、固定式融冰裝置的安裝部署，應(yīng)急車輛人員分布情況，生成融冰應(yīng)急方案。

3）受損分析：結(jié)合調(diào)度OCS 跳閘數(shù)據(jù)及分布式故障定位數(shù)據(jù)，對覆冰范圍內(nèi)的線路是否存在跳閘情況進行受損定位，聯(lián)動視頻終端進行現(xiàn)場受損情況的圖像識別，形成覆冰受損報告[8]。

4）覆冰簡報：對每日的天氣信息、覆冰線路、受損情況、融冰情況、應(yīng)急資源部署情況進行統(tǒng)計分析，形成覆冰簡報，實時上傳省公司及網(wǎng)公司。

6 應(yīng)用分析

經(jīng)驗證，某供電局220 kV 線路A 受雨雪天氣影響，系統(tǒng)于2021年12月30日根據(jù)覆冰預(yù)測模型，發(fā)布未來3 天輸電線路覆冰預(yù)測專報，預(yù)測區(qū)域以陰雨天氣為主，西北部有小到中雪，局地大雪，某供電局220 kV 線路A 有中度覆冰（10～15 mm），建議加強線路覆雪情況監(jiān)測及資源配置。

2021年12月31日8:15 系統(tǒng)發(fā)布覆冰告警，220 kV A 線#52 桿塔拉力超過6079N，覆冰比值為0.7，超過歷史最大覆冰比值，監(jiān)測圖像顯示線路桿塔有覆冰情況。

2021年12月31日8:21 系統(tǒng)發(fā)布融冰策略輔助，A 線附近有移動式融冰裝置，結(jié)合線路A 所在供電局的覆冰情況，按照線路重要等級、覆冰嚴(yán)重程度、融冰裝備分布情況制定融冰優(yōu)先級輔助策略，輔助進行融冰計劃和融冰資源的制定和分配。

2021年12月31日21:05 現(xiàn)場進行直流融冰，系統(tǒng)實時反饋現(xiàn)場融冰桿塔的拉力變化，輔助對融冰時間的執(zhí)行，現(xiàn)場完成融冰覆冰桿塔脫離覆冰情況。

7 結(jié)束語

本文從“準(zhǔn)確預(yù)測”、“實時告警”、“終端聯(lián)動”、“快速響應(yīng)”開展了基于在線監(jiān)測的輸電線路全過程覆冰防控應(yīng)用分析及驗證，充分利用在線監(jiān)測的時效性等特點，實現(xiàn)覆冰告警-融冰管理-受損分析-防冰統(tǒng)計-覆冰簡報的全過程覆冰響應(yīng)，結(jié)合覆冰預(yù)測-覆冰分析-預(yù)測驗證-預(yù)測完善的預(yù)測管理，提高覆冰管控效率，提升電網(wǎng)“災(zāi)前準(zhǔn)備，災(zāi)中應(yīng)急，災(zāi)后恢復(fù)”的防災(zāi)減災(zāi)管理水平[9]。