闻东
天津中捷能电力工程勘察设计有限公司 天津 300000
摘要：随着经济和电力行业的快速发展，高压和超高压电力线路可以长距离、大容量、低损耗输送电力，是大电网安全运行关键设备。随着物联网技术的应用及智能电网的发展，线路运行数据采集传输分析也势在必行。检测输电线路上的导线覆冰、温度、微风振动、档距振荡、舞动、张力等数据采集，以及大量对输电线路状态参数在线监测与故障诊断的方法应用，电源的供给始终是没有解决的难题。能量转化高效、运行可靠、安装检修便捷的供电系统已成为状态检测技术的一个核心问题之一。高压电力线路数据采集传输装置取能的方法有两种，一是利用天然能源，二是从高压线路感应电能。前者包括太阳能和风能，后者可分为从接地导体感应能量和高压线路感应能量。太阳能和风能两种天然能源供电受气候影响稳定性差、设备维修频率高等问题，难以满足状态监测装置供电的需求。由于高压输电线路负荷输送相对稳定，输电线路感应电能的功率输出则相对较稳定。从导线电流磁场感应取能的方式导线感应取能存在以下问题：受绝缘环境的限制，多数在线监控设备是通过杆塔或接地导体接地，这样电子设备的绝缘设计将非常困难。
关键词：感应取能；高压线路；雷击保护
引言
随着电力需求的不断增长，对电网安全的稳定性提出了更高要求。高压电力设备承担着国家战略发展重要任务，其稳定性和可靠性具有重要意义。电力设备运行在线监测系统具有高度灵敏性，灵敏的传感器监测和采集电力设备异常信息，利用计算机信息技术识别和处理故障信息，在线量化故障信息，引入新的设备特征量，对电力设备运行状态在线故障监测和诊断，让电力设备向着更加安全稳定的方向发展。
1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。
2高压输电线路智能化在线监测系统设计
2.1无线传感器网络设计要求
1）支持远距离传输，高压输电线路中传送距离一般同电压等级成正比，２２０ｋＶ的输电线路较长，尤其是特高压输电线路可达到上千公里，可能穿越不同的区域，需以不同区域的实际情况为依据对相应监测设备进行部署，重点监测区域间的间隔可能较远，需网络支持远距离传输功能。2）灵活的拓扑结构，满足不同线路类型的监测需求，连接不同变电站的输电线路通常呈线性排布，网络节点（安装于杆塔上）则呈线性拓扑结构，通过采用同塔多回（多回输电线路共用一个杆塔）的方式可节省占地资源，由三相导线和架空地线构成一回线路，在需同时监测多条输电线路的情况下，使局部呈网状网络拓扑结构。3）支持多种数据传输类型，具有较强的灵活性和可扩展性，根据实际对输电线路的分析可知污染、覆冰、振动、外力破坏等是引起线路故障的主要因素，监测数据大致可分为标量数据类型（如盐密泄漏电流、导线温度等）、图像类型（如导线覆冰、线下活动等图像）。异构性的无线传感器节点包含了标量传感器节点和图像传感器节点。除支持多种数据传输外，还需具有较高的传输带宽以满足规模不断增加的监控需求。
2.2高压线路感应取能的方法研究
以典型高压输电线路为基础，分析高压输电线路的感生磁场特性与分布，针对不同的采集传输装置应用需求，研究非接触式感应取能的原理和方法。
根据线路绝缘子、金具、导线、接地导体等分布情况，建立分段静电感应取能电路阻容模型，模型真实反映线路实况，高压输电线路存在感生电场，其中的空气-电介质为线性介质，因此高压线路为感生电场独立系统。可以建立仿真的静电感应模型，以得到分段绝缘接地导体静电感应取能的方法及等值计算电路。对感应取能模型进行分析计算，选取导磁材料尺寸形状及技术参数，最大化提高感应取能效率以及相关参数的影响，分析导线电压、线路长度、杆塔结构、导线换位负载耐压水平等对感应取能功率影响。基于感应取能的效能评估、抗干扰性及安装可行性等分析，确定感应取能与控制策略。防雷能力是感应取能装置设计方案中的关键参数指标，设置多重保护电路方案进行优化，通过模拟雷击试验平台对优化方案进行验证。
2.3提升科研基础能力
电力设备在线监测系统的设计和实现，离不开科研单位、高校的技术支持，利用科学技术实现在线装置的开发，拓宽监控系统功能。还需要大力支持科技创新能力，加大技术研发和研究，尤其是对电气设备元器件、变压设备和气体绝缘设备进行技术攻关。如电力变压器综合性监控设备，能反映故障性质的特征参数，提升综合诊断能力。重点发展局部放电监测系统抗干扰能力研究，引进国外先进技术，结合我国电力设备实际情况，探究出具有我国自主创新能力的在线监测系统，将在线监测技术应用到电力行业中。同时，加大对气体绝缘组合电器在线监测技术的开发，监测故障性放电因子，加大技术攻关，尽早实现监测技术的应用化。
2.4电缆、开关柜测温
电网运行过程中设计电气设备较多，如断路器、变压器、母线、电缆以及开关柜等，设备之间通过引线、电缆连接，如果线路之间传输能力过大，会导致线路热量过高，造成电力设备故障，比如开关柜接触不良、插接偏心不正，则会导致过热现象。高压电缆接头、导体之间接触不良，会加速绝缘线老化情况发生，所以，避免连接处、高压开关柜等电力设备接口过热是规避问题的关键。因此，在线实时监测温控十分必要，它是保证电缆及开关柜安全的保证。在线监测系统中采用光纤布拉格原理分布式光纤测温，利用良好的绝缘和稳定性效果，采用星型拓普布控温度，对开关柜、电缆实时有效监控。光纤开关柜采用迂回布线，解决短路故障。
2.5高压线路感应取能实验研究
针对典型高压输电线路，通过感应取能装置的优化设计与制作，及在现场的实测与应用对感应取能策略进行分析验证：采用非金属外壳增加屏蔽层，降低雷电冲击的危害；导线可能流经巨大的短时故障电流，感应取能装置需设计专用的限流电路；在线储能单元在线路负荷过小或失电故障时提供辅助应急能量；通过优化后的感应取能电路设计方案验证感应取能功率的计算及相关因素的影响是否合理。
结语
在线监测系统是将电器设备运行状态进行分析和交流，通过对其的数据采集，将信息传输到处理器中，应用计算机技术处理后，通过光纤通信传输到监测中心站的系统，通过该系统的应用，实现了电力设备的远程控制和操作，为中心基站和工作人员提供了可靠的监测数据，及时排除电力设备故障，提高了电力设备运行的可靠性和稳定性。利用先进的传感技术对输电线路周边的环境状态和运行状态进行实时监测，实现数据交换，最后利用传感器的可靠性对数据进行校核确定预警原因并制定相关措施，为输电线路安全运行提供有力保障。
参考文献
[1]黄新波.输电线路状态检测与故障诊断.第2版[M].中国电力出版社,2019
[2]陈海波,王成,等.特高压输电线路状态检测技术的应用[J].电网技术,2019,10.
[3]支理想,刘盐,等.高压输电线路状态检测供电取能研究及应用[J].取能技术,2018,2.
[4] 毋金诗. 输电线路状态检测装置供电取能的设计与实现 [D]. 上海交通大学,2019.