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高压输电线路在线监测智能化研究

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：胡全全

[导读] 摘要：输电线路的安全可靠运行与电网的安全稳定运行紧密相关，随着高压与特高压输电工程的建设，其安全稳定运行更加受到重视。

        （国网内蒙古东部电力有限公司奈曼旗供电分公司内蒙古通辽市 028300）
        摘要：输电线路的安全可靠运行与电网的安全稳定运行紧密相关，随着高压与特高压输电工程的建设，其安全稳定运行更加受到重视。对输电线路加装在线监测装置可有效获取输电线路的运行参数及环境参数，可以及时掌握输电线路的与运行状态，提前发现缺陷，避免相关电力事故的发生。目前基于传统的传感监测技术，输电线路在线监测普遍存在装置分散、相互独立而缺乏关联，海量监测信息无法进行综合分析等问题。基于此，本篇文章对高压输电线路在线监测智能化进行研究，以供相关人士参考。
        关键词：高压输电线路、在线监测、智能化
        引言
        气温、风速、覆冰厚度是气象条件三要素。气象条件影响输电线路的安全稳定运行，同时改变输电线路运行环境，影响输电线路的运行状态。为实现输电线路在线监测的高效运转，开展在线监测管理平台设计与系统开发。将传感器安装在电路设备内，对输电线路进行智能化监测。以输电线路杆塔为单位构建在线监测系统，做在线监测管理平台设计。目前，国内部分区域构建了输电线路运行状态监测系统，并进行了试点应用，提高了运行维护和生产管理精益化水平。对输电线路监测装置采集信息及系统产生的数据进行融合储存，完善输电线路信息数据平台的运行状态，实现输电线路运行状态及环境监测、故障分析。
        一、高压输电线路在线监测智能化需求分析
        无线传感器网络技术能够采集、传输和处理包括温度、湿度、光强等在内的标量数据，并能够获取多媒体数据信息，进而实现对感知区域全方位细粒度、精确的监控过程。高压输电线路因受到分布广、线路长、地形地貌复杂（部分地区环境恶劣）等因素的影响而易被破坏，进而带来经济损失。目前野外站点的线路运行状态的检查方式仍以现场人工定期检查方式为主，在增加监测成本的同时不利于故障事件的实时监测处理。因此，高压输电线路的在线监测的关键在于选择合适的数据传输方式实现实时通信，现有远程接入方式通常采用移动通信网（如ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ）实现，存在的主要问题为：（１）部分区域尚未覆盖移动通信网络，尤其是跨越环境恶劣地域（偏远山区、沙漠等）的特高压输电线路，移动通信网络故障将无法使用；（２）监测系统的全面性及可扩展性较差，一个接入点通常仅能对一种参数进行监测，难以实现多参数、全方位的监控过程，需通过增加接入点数目的方式扩大参数监测范围，不断增加的监测规模不利于实现高效实时的后端监控功能；（３）大规模、长时间的使用成本较高；（４）传输速率受限，难以有效满足高清的图片及视频传输需求。
        二、输电线路在线检测装置现存问题综述
        从输电线路在线监测装置在我国电网系统中的普及程度来看，在线监测装置的应用比例已较为客观，与输电线路状态检修关系较为密切的动/静态数据实时监测与定期获取测试等已经基本实现了全网络计算机管理。由于我国电力事业发展迅速，电网规模的扩展速度给输电线路在线智能监测工作带来了极大的挑战，检测装置配置过于分散、关联度较低、通信信息无法有效整合，以及系统庞大带来的资源浪费等问题，逐渐成为影响输电线路实时运行状态和电网系统发展的重点问题。由于我国输电线路存在相当比例的地域性通信能力差等问题，在线监测数据的实时回传实现难度也较大，导致部分地区输电线路运行状态不稳定性和不可监控风险以及输电装备故障的不可预知性大大增加，直接威胁到电网系统的安全和稳定运行。
        三、高压输电线路智能化在线监测系统设计
        3.1设计原则
        输电线路运行状态和故障监测，是综合监测输电导线和杆塔及绝缘子等设备的主要状态参数，为输电线路状态检修提供重要的依据。①监测参数，在绝缘或者杆塔上布置监测传感器，实现对杆塔周围环境信息感知；②通信方案，智能监测装置与主站之间的正常通信需要依靠输电线路一体化；③电源方案，为输电线路监测装置及传感器供电时选用太阳能或蓄电池等。

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        3.2系统体系架构
        输电线路在线监测管理平台是为了实现线路运行状态监测相关系统的对接，主要包括雷电、气象、微风震动、覆冰等监测系统。在线监测管理平台是一个复杂的软件平台，该平台的设计需要具有一定的稳定性、开放性、扩展性以及安全性。为了提升监测管理平台在不同情况下的应用效率，并有效防止对监测数据的非法访问，可适当控制该平台的权限。
        四、在线监测智能电子设备的测试应用
        在线监测的IED采集处理变压器等设备的状态信息数据都是通过以IEC61850为参考标准，完成与综合应用服务器等站控层装置的连接通信。对前面在线监测的智能化电子设备的功能内容进行归纳整理再加以分析，可以得出ACSI的各项功能在智能设备的在线监测中所占比重很大，智能化电子设备的在线监测很多应用功能都依赖于ASCI的功能服务。除此之外，ACSI中的功能服务是可以被设备调用的，可以将其中的各项功能转变为测试的脚本。
        4.1监测设备的供电
        杆塔上不能悬挂较长的导线，杆塔上使用电池时更换难度较大，且禁止从高压输电线路取电，可安装于杆塔上的节点，监测子站和部分图像传感器节点可采用太阳能供电系统（和节点一起安放在塔上），其所采用的免维护铅酸蓄电池的容量根据实际情况计算获取（包括设备功耗和连续阴雨天数），选取太阳能电池组件则以发电量、电池电压、设备功耗等为依据（连续阴雨天间的最短间隔期间）。合理的供电系统利用充足的光照即可有效满足设备持续供电的需求。此外需注意根据杆塔对承重和抗风要求设计供电系统的体积和重量，导线温度监测节点可采用电磁感应供电方式，避免对导线造成损伤。通过将蓄电池加装于设备上以避免断电情况（通常由输电线路载荷不足、继电保护跳闸引起）的出现，蓄电池充电时由电磁感应供电。
        4.2在线监测智能电子设备测试方法
        在线监测技术工艺主要通过电子设备里功能测试这一个机制，将测试脚本作为测试的案例对通信服务这一机制进行有效控制，然后对响应的报文进行分析和计算，以达到建立闭环的作用。进行在线监测的智能化电子设备的自动化测试时，用文字的描述去处理测试的结果，是为了更方便地使用这种测试方法去研究处理测试脚本的自动化困难问题；用文字的形式去解释每项功能，最后作为整个测试结果的提交文件。自动化测试系统的事先定义是可以在实际操作的流程中囊括以下在线监测IED的整体全部功能，测试前预先选用实例，再用相对应的测试平台将要测试的实例转换为自动化的测试脚本，对需要输入的数据进行合理的选择，连同测试的脚本一起输入到相对应的自动化测试引擎里，让它可以自动地操作执行。
        结束语
        输电线路的运行稳定性对电网有重大影响。为快速、准确掌握线路状态，对输电线路在线监测装置进行研制，同步开展通信组网的应用研究。通过对输电线路在线、智能、实时监测，获取输电线路运行过程中的状态参量，对高压输电工程体系中的设备维护、维修等具有重要价值。
        参考文献
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