摘要：随着电力行业和科技水平的快速发展，当前在线监测技术在输电线路中有了非常大的成果，并且为了能对在线监测技术进行更深入的研究，需要长期进行研究，并根据以往的经验进行故障的分析，对线路的设计进行不断的改进。这也是对监测系统发展的一种促进。建立电网监测系统，是以后电力技术发展的必然。
关键词：输电线路；在线监测；应用
引言
针对极端灾害天气逐年多发频发的严峻形势、输电线路设备数量急剧增加、输电线路抢修工作任务逐年繁重和智能监测及预警服务体系不成熟等现实因素，现阶段迫切需要借助科技手段，建立输输电线路智能监测及预警服务网络系统，提高输电线路自然灾害应急和处置能力，将线路气象灾害事故消除于萌芽状态。
1、实施电力系统输电线路监测的重要性
电力系统集发电、输电、变电、配电等功能于一身，而输电线路安全稳定则是确保上述功能实现的前提。但实际上，由于输电线路具有输电距离长、布局范围广、承载电能需求呈多样性变化、布局环境复杂等特点，因此很容易受到外界因素的干扰，象雷电、暴雪、冰雹等天气因素干扰，还有地震、山洪等自然灾害的干扰。上述对于电力系统的输电线路运行均会产生严重的影响，同时还会对线路本身造成不可逆转的损坏，引发输电安全问题。其中最为典型的问题便是会造成输电线路舞动，在强大的风力及严寒的影响下，线路舞动会产生强大机械振动能量，不仅会对线路自身产生严重危害，使得线路不堪重荷发生断裂，同时也会对杆塔、金具、绝缘子造成强烈冲击，使其产生疲劳损害。另一方面，我国的用电分布并不均匀，各地区用电量具有一定的差异性，尤其是在高峰时段，电力系统输电线路需要面对的压力更大，一旦出现线路故障问题，将会对电力系统供电安全造成严重影响。基于此，做好电力系统输电线路的监测与检查显得尤为重要。通过对输电线路的运行状况进行密切监测，从而能够第一时间发现线路故障，及时进行维修，可有效避免输电线路问题进一步恶化，造成重大安全事故，为人们的日常用电提供有力的保障。
2、输电线路在线监测系统的实践优势
2.1丰富输电线路智能化理论
本课题的研究涉及电力行业，属于国家重点战略安全领域，直接影响我国电力产业的安全，为我国的生产建设、人民生活质量提供切实保障。输电线路在线监测行业属于智能输电线路的重要组成部分，也是电力物联网建设的基础保障。本项目的实现将有助于推进智能输电线路的发展，从而带动整个产业的发展，促进我国逐步实现输电线路数字化、智能化现代管理。
2.2降低事故率
由于输电杆的倒塌具有不确定性，会导致城市供电系统的规模性停电，对经济、社会造成影响。例如，一段功率为400MW的500KV输电线路，其产生的故障在60min内造成的经济损失高达120万元。采用输电线路智能监测系统可以有效减少冰雪等灾害的发生，线路覆冰时，利用本系统传输现场的覆冰视频，为线路覆冰期抢修提供技术支撑。
2.3?2.3输电线路绝缘子污秽监测
2.3.1漏电监测
从漏电电流中可以显示出气候、表征表压及污秽度三种参数，这些参数都是绝缘子污秽程度的参考值。通常情况下，泄漏电流会沿着介质表面形成，在绝缘子高压端安装新型泄漏电流传感器，这样就可以获得泄漏电流实时数据，在信号处理单元完成电信号到数字信号的转变，然后利用运算模块计算泄漏电流的峰谷值、均值等，最后利用无线通信网络将相关数据传输到数据总站，由专家针对这些数据展开综合分析，对绝缘子积污情况进行判断。
2.3.2污秽度监测
现在使用的污秽监测手段不仅需要对绝缘子表面的等值附盐密度进行测量，还会做出停电操作，为了对这一问题进行解决，相关研究人员已经推导出了基于绝缘介质表面含盐量与光线传感器的广场分布的换算公式，测定并处理光能参量，间接的计算出传感器表面的盐分含量，这样就可以对绝缘子表面的盐密值进行评估。下图为输电线路绝缘子污秽度在线监测系统的技术参数，供参考。
系统技术参数
.png)
2.4提供技木支撑
输电线路在线监测系统的挂网运行，能够监测输电线路的覆冰状况、气象状况、杆塔倾斜度，并能传输监测区域的高清视频。输电线路维护人员在办公室利用后台客户端系统可以实时访问现场的监测数据和高清视频，掌握现场线路的运行状况，犹如亲临现场。局部区域现场出现险情或未来有大范围自然灾害时，系统第一时间以客户端软件、手机微信等多种方式向线路运维人员发送预警信息，很大程度上提高输电线路维护人员对自然灾害的反应和处置能力，从而将输电线路事故消除于萌芽状态，将事故损失降到最低。
2.5输电线路杆塔倾斜监测
基于全球移动通信系统的监测技术可以对杆塔情况进行监控，科学预防杆塔倒塌。本系统目前在220kv以下的输电线路中已经得到了比较广泛的应用，可以准确判断出基础移位、杆塔变形等缺陷，以保证输电系统的安全。目前很多特高压线路被建设在了偏远的山区中，无线电会对通讯信号造成严重干扰，在这种情况下，国家电网公司组织展开杆塔倾斜度检测系统的研发工作，目前已经取得了初步的成效，为我国特高压杆塔倾斜监控奠定了良好的基础。
2.6导线舞动监测
导线舞动将会引起导线断裂及塔材变形等问题，进而造成停电事故的发生。利用导线舞动在线监测仪可以对导线舞动线路分布图进行绘制，为线路设计提供了有效的依据，在实际工作中可以结合档距等参数，将大量传感器设置在某一档距内的导线上，测量出X、Y、Z方向上的加速度，然后与线路本身参数相结合建立起数学模型，对舞动危害的等级进行分析，并在事故发生地点发出预警，通过这种方式来预防出现短路、倒塔等一系列灾害事故。
2.7输电线路微风振动监测
微风振动将会使导线产生交变应力，进而产生疲劳断股。微风振动会对线路造成循序渐进的影响，且这种影响具有非常强的隐蔽性，其外观特禀并不明显，利用测量工作可以为仿真设计工作提供有效的现场数据。微风振动监测系统本身设置了采集精度非常高的振动监测仪，通过振动监测仪可以测量出导线相对线夹的频率、弯矩值等参数，并与导线力学性能资料相结合，对微风振动下导线的寿命进行分析。
2.8输电线路覆冰在线监测
该项技术可以实现对线路中覆冰情况的有效监控，获得数据后快速分析数据，并体现对冰害事故作出预警，及时对预警信息进行发送，以降低断线、倒塔等相关事故的发生率。经过多年来的发展，目前覆冰在线监测技术已经比较成熟，以探测原理为依据，可以将其分成两种不同的类型。
.png)
图1输电线路气象在线监测系统
2.8.1监测导线几何参数
这种技术主要利用对导线弧垂、倾斜角等数据的测量，对导线状况进行估算，目前工程中经常利用状态方程描述输电线路的受力情况，只需要将弧垂、倾斜角度及气象环境等相关参数输入，这样就能推演出导线的覆冰厚度、覆冰重量等情况，并对覆冰危险等级进行评定。
2.8.2监测线路张力
这种技术是指在绝缘子上安装张力传感器，通过传感器可以采集到导线覆冰后的受力参数，还能一同将环境温度、湿度等相关数据录入，然后利用人工智能系统对这些数据进行处理，最后将线路状态及覆冰程度综合分析出来，并针对超出警戒值的地方发出预警。
2.9输电线路气象和导线风偏在线监测
该系统可以实现对环境风速、湿度等数据的实时监测，相关部门还能利用预警信息对风偏预防措施进行制定，并对放电故障点位置进行准确的确定，利用传感器将气象数据资料传回到监测中心，并结合导线对地实际夹角完善风偏算法。并将线路杆塔上的风压不均匀系数等相关数据汇总到数据库中，利用对数据的分析来改进设计标准，使其与当地的实际情况相符合。在实际操作过程中，还可以将角度传感器安装在架空线上，这样就可以结合当时的湿度、温度等参数计算出导线风偏。
3、输电线路在线监测系统的设计与实现
3.1监测单元
监测单元就是在很多传感测量装置的基础之上，对相关的部件进行安装，对在线监测装置进行安装。也包括地线、导线、绝缘体等内容。在通过短距离无限通讯的数据接收来完成。监测单元的功能有非常多的种类，并且可以进行系统自我的检查，还可以进行数据的测量以及数据信息的采集，并通过各种方式，将最终的数据传送到基站。再经过已整改系列的信号网络传递，将检测管理中心的数据进行传输。因为需要按照不同的监测对象，对在线检测技术以及输电线路通道进行环境的监测。
3.2在线监测管理平台
在线监测管理平台是可以将很多不同类型的只能系统进行统一的结合，并进行综合整理的平台。不仅可以把输电线路的空间属性和特点有效地进行结合，还可以将输电线路的状态信息以及查询的功能进行完善和实现。管理人员还可以通过该平台对基础的内容进行有效的分析，并且这些分析还是在平台分析之后进行的，应用非常方便。并且还可以帮助管理员作出正确的决断，能让线路始终保持正常的运作，并且对于出现的故障可以及时地进行修改。
3.3导线弧垂在线监测
输电线路的弧垂是线路设计和运行的重要指标之一。导线的动态增容、温度、应力、覆冰厚度及环境风速等因素变化均会导致线路弧垂发生变化。运行经验表明，导线弧垂过小会导致其应力增大，影响线路的机械特性；弧垂过大则会导致对地安全距离不足，影响线路的运行安全。目前，常用的导线弧垂测量方法有4种：利用多颗卫星采用GPS监测导线弧垂；通过测量导线应力和温度计算导线弧垂；通过摄影技术并进行图像处理计算导线弧垂；通过测量导线悬挂点倾斜角计算导线弧垂。相比而言，基于导线倾角监测的方法有着算法简单、监测精度高且投入成本低等优点，使其得到了相对广泛的应用。
3.4输电线路导线温度在线监测
在有效的使用输电线路导线温度在线监测系统的基础上，联合3G和GPRS，将远程控制传输系统途径的建立工作落实到位，从而合理的研究监测的数据，同时将监测数据的改进工作落实到位，确保该在线监测系统的成熟和完善。主要有以下方式：在在线监测系统中使用“多层屏蔽”技术，将110kV输电线路的外壳金属化管理工作落实到位，避免环境因素影响在线监测系统的运行质量，进而解决系统的防尘和防水问题，为110kV输电线路的运行质量奠定基础。该导线温度在线监测系统具有显著的优点，例如：适应能力好、本身缺点少等等，在一定程度上促进了110kV输电线路的发展和进步，为110kV输电线路运行的稳定性和可靠性奠定基础。
3.5在线监测控制器总体结构设计
在线监测控制器一般被安装在输电线路之间架设的铁塔上，一边是连接的用于数据采集的传感器模块，一边是链接的用于传输数据的通信模块。通过终端主板外挂自制变送器的方式实现监测功能。调度中心通过通信协议，采用GPRS的模式来与终端主板连接。这样不仅实现了对各个监测对象的检测任务，而且还能通过云台来实现对设备的控制以及设备的运行状态进行检查等。其中采用的GPRS模块是通过RS485总线来实现与视频卡模块之间的链接，无线数传模块与输电线路在线监测控制模块是通过TTL来实现连接的；终端主板通过RS485总线来实现与自控制变送器、云端平台以及气象检测平台之间的联系；传感器模块（倾斜角、拉力以及振动等）是通过RS485总线来与终端主板之间进行连接的。其中的传感器模块采集的倾斜角、拉力以及振动等物理量是通过电路的二次转换来将采集的模拟量转换为数字量。
3.6温度传感器的硬件设计
作为输电线路系统的基础构成单元，温度传感器节点的作用是取得、预处理温度数据，并将其传导到协调器内，路由节点还需要起到桥梁的作用，将其子节点的温度数据也传达出去。
温度传感器的电路里存在温度系数高低不同的两个振荡器，振荡器的非线性会通过斜率累加器来进行校正。其中温度系数较高的振荡器的振荡周期内，温度系数较低的振荡器产生的脉冲信号可以被计数，-55℃则与计数器的一个预设基权值相联系。其具体工作原理是，当温度系数较高的振荡器振荡周期未结束时计数器己经为零，说明测定温度超过-55℃，温度寄存器就会由-55℃的初始值上升一度变为-54℃，其后计数器重新工作，直至温度系数较高的振荡器振荡周期结束，温度寄存器记录的就是被测温度，该值同样通过16位二进制补码记忆在暂态寄存器中。这个被测温度会被设备主机调取，然后将16位的二进制补码转换为十进制，就可以得出真正的实测温度。
3.7信号传输模块的硬件设计
远程监控中心能够使用协调器节点来进行参数的设置，并调节传感器节点。最先这部分电缆的温度数据是传感器节点收集的，然后经过通信网络被传输给信号传输模块的，再经由通信网络被信号传输模块传递到监控中心，所以其中信号传输模块起到数据信息转接口的作用，其具体硬件设计介绍如下：
（1）用处理芯片和HC总线将EEPROM存储器与外部实时同步时钟连起来后，可以同时完成系统定时以及更新存储;另外，电源电路、射频输入输出匹配电路、晶振电路及通讯接口电路合起来就构成收发模块的外围电路。
（2）廉价的电感和电容安装成的非平衡变压器构成了射频输入输出匹配电路，该电路作用主要在于提升非平衡天线的机能，它的参数是不变的，具体值可依据TI给出的数值手册;
（3）晶振电路是由分别为高低频的两个晶振组成，高频晶振频率为32MHz，是维持射频模块运行的;而另一个低频晶振的才32KHz，只是系统休眠和唤醒使用，这样的设计能够有效的减少系统的耗能。
（4）通信传输模块中的GPIO，SPI等外设接口被用双排针导出，形成了通讯接口电路，这种方式能够让系统调控和制约更便捷。
3.8通信传输网络的设备选择
在输电线路状态监测通信传输网络建设过程中，可使用OSI七层体系结构中的路由设备、交换设备以及传输设备组成通信设备。其中，路由设备应选用稳定性与可靠性较好的路由器。鉴于路由器的网络协议较为复杂、数据信息传递与交换效率相对较低、网络配置灵活程度较差，需要加设DHCP服务器或DHCP中继等辅助设备，促进功能的实现。交换设备的优勢在于数据信息的传输与交换效率相对较高，通信协议较为简单，且宽带的使用率较高。此外，通信传输网络的可控性较差，需利用快速生成树协议、生成树协议以及IEEE802.1P补充协议实施调整。以基于SDH的多业务传输平台与同步数字体系网络为代表的传输设备，具备带宽较高、时延程度低且安全性能较好的优点，但其对资源的利用率较低，并不适合接入网。
4结语
综上所述，输电线路安全稳定性在电力系统中的作用非常重要，其有效保证了电力系统功能的实现，为人们提供了更为安全、稳定的电力供应。因此必须要做好其在电力系统输电线路的监测与检查，结合实际情况做好对检测与检查方法的应用，从而有效保证输电线路的输电稳定性，保持输电系统的平稳性，为人们生产用电和生活用电安全提供有力的保障。
参考文献
[1]杨艳美.高压输电线路在线监测系统的设计与实现[D].郑州大学，2017.
[2]陈久林，徐陈成，吴在军，窦晓波.基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统[J].江苏电机工程，2013，32（06）：39-42.