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特高压输电线路在线监测技术的应用孙远辉

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：孙远辉刘俸斌吴泽

[导读] 摘要：为满足不同地区电力用户的实际用电需求，各地区供电企业纷纷加快了自身输电线路的建设规模。

        （青岛嘉诚电工咨询有限公司山东青岛 266100）
        摘要：为满足不同地区电力用户的实际用电需求，各地区供电企业纷纷加快了自身输电线路的建设规模。但由于输电线路中传输的电力能源大都具备高压特性，一旦配电线路出现问题，不仅会影响部分地区电力用户的正常用电，而且会造成电力能源的大量损耗。通过对部分供电企业输电线路在线监测技术应用过程的研究，发现部分供电企业对在线监测技术的应用仍停留在较为浅显的层面上，导致在线监测技术的优势作用得不到充分的发挥。
        关键词：输电线路；在线监测技术；应用
        引言
        输电线路工作中，总是会受到暴风、大量降雨、雷电等各种各样的自然因素干扰，从而导致输电线路发生故障。不仅对人们的工作和生活带来影响，还引发了很多安全问题因此对输电线路出现的电力故障因素，设计输电线路监测方案是我们要解决的首要问题。针对输电线路覆冰、大风、山火、雷击、外力破坏等因素对输电线路稳定运行造成影响因素，国内目前多采用建立各类工况环境信息模型，从多种数据融合分析的角度开展输电线路多种环境信息模型的研究；以提高输电线路安全性和可靠性为目的，研究基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统的原理。
        1在线监测技术概述
        在线监测技术是基于互联网技术研发出来的，可以利用分布在高压输电线路不同地点的传感器，对线路运行状态信息进行收集、汇总，并通过数据采集终端上传到主站监控管理平台处理。供电企业监测人员通过对传感器上传资料信息的研究分析，对高压输电线路中可能存在的故障进行识别，从而为高压输电线路维护人员的工作提供针对性的数据支持，极大地提高了输电线路维护人员的工作效率。为深化在线监测技术在高压输电线路中的应用，供电企业布置的在线监测装置应满足以下要求:①在线监测装置的安装方式应较为便捷，从而降低高空环境下安装人员的工作压力。②在线监测装置应拥有统一的数据传输标准与储存标准，从而便于供电企业监测人员管理。③在线监测装置与输电线路之间应设计缓冲区域，避免在线监测装置对输电线路造成物理伤害。④在线监测装置应具备一定的抗干扰能力，从而保证其数据传输的准确性与全面性。⑤在线监测装置应使用可再生能源，从而降低供电企业的后期维护成本。
        2特高压输电线路在线监测技术的应用
        2.1输电线路覆冰在线监测
        输电线路覆冰在线监测系统应具有信息收集功能、信息传输功能、数据处理及分析功能、预警功能。信息收集功能由相应的传感器来完成，一般还包括配套的多路转换单元、预处理单元、数据信息采集单元。多路转换单元用来对多台设备或某设备的多路信号(均来自传感器)进行选择或作巡回监测；预处理单元主要是对输入信号作必要的调整和抗干扰；数据信息采集单元一般是一个数据采集卡，要满足信息采集速度和准确度两方面的要求。信息传输功能的主要作用是将采集到的信息准确、及时地传送到后续处理单元。对于覆冰在线监测，由于多是固定式的监测系统，后续处理单元远离现场，故需配置专门的信号传输单元。目前在输电线路在线监测中可用的无线通讯模式主要有无线接力模式射频(RF)传输信息、GSM（全球通）短消息通信方式、RF与GSM混合传输模式、GPRS（通用分组无线业务）模式、GPRS与GSM相结合的通信方式。GPRS(GeneralPacketRadioService)是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。GPRS模式由于成本相对低廉，数据传输量大，能较好地满足视频信息传输的要求。数据处理及分析功能首先是对所采集的数据进行辨识(如果是视频信息，则还涉及到图像识别)；然后通过各种算法，对数据进行分析、比较，形成报表和综合数据库供专业人员查询报表；最后将数据分类归档储存。

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预警功能是在专家数据库的支撑下，对线路可能发生覆冰的时间、位置和程度进行预测，并将预测结果及时通知相关管理及运行维护人员，以提供指导、辅助决策。
        2.2微气象传感器的应用
        监测环境温湿度及大气压强的传感器基础配件是百叶箱，可以安置多种传感器，例如温湿度传感器、大气压力传感器等，均可放入其中用于电塔输电线路的微气象监测。温度传感器所用的是热敏电阻，阻值随温度的变化而变化，湿度传感器原理是当水蒸气吸附在感湿薄膜上，原件上的电阻率和电阻值都会发生变化而工作，可以测量导线湿度。利用温湿度传感器可以测量电塔的周围环境温湿度，通过与历史数据对比，反应电塔输电线路的运行情况。采用的大气压力传感器的量程是0～120Kpa，工作温度在-20℃～+60℃，0%RH～80%RH之间，由直流电压10～30V供电。压力传感器是基于空气压强为测量对象，实现感应的传感器。输电线路故障预警装置主要监测电塔线路的倾斜角，风速、风向，温湿度，经纬度，大气压强等。通过对这些数据的监测掌握输电线路信息，以提高输电线路安全性和可靠性。
        2.3导线舞动监测
        输电导线出现晃动，是受到自然因素的影响。输电导线晃动会对杆塔稳定性造成影响，造成电缆之间连接的部件出现损坏、脱落等情况，严重时会导致设施倒塌，带来不良的后果。通过导线舞动监测设备可以对线路实际情况进行远程在线监测，该监测设备由多部分组合而成，其中杆塔式分体装置负责对输电线路的绝缘子、应力、周围自然环境的各种参数进行监测；之后将监测到的实际参数通过通信系统传输到监控中心，由监控中心通过计算机对参数结构等进行分析，对输电线的晃动路径进行准确的核算。对实际输电线路晃动数值等进行判断，并根据现场的环境数据，判断环境因素对输电线路的影响等级，为消除输电线路导线影响，提供确切的参考数据。输电线路迎风晃动，对整体结构会造成影响，重点是通过张力改变。也就是说，在实际监测过程中，需要计算输电线路自身张力，对张力的计算要根据电路晃动幅度、频率等参数进行综合计算，为保障线路运行提供可靠数据。
        2.4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。为避免ＩＥＥＥ　８０２．１１和８０２．１５．４相互干扰，各自指定了固定的通信信道，各包含１１个和１６个信道，ＩＥＥＥ　８０２．１１使用信道１，ＩＥＥＥ　８０２．１５．４使用信道２１或２２，可以同时使用。
        结语
        超高压输电线是电力系统运行的重要一环，运行期间会受多种因素影响出现安全事故。为保障特高压电网的有效运行，需要结合监测技术，做好线路运行期间的监测准备，实现对线路故障隐患的有效防控，预防电力事故，通过多项监测技术，保障特高压线路在电力系统运行的稳定性。
        参考文献
        [1]陈德风，王春宁，鞠彦波．特高压输电线路状态监测技术的应用［J］．电工文摘，2015(6):23－25．
        [2]罗朝祥,万华舰,罗文博等.输电线路导线覆冰图像处理与识别技术[J].中国电力,2014,47(9):132–136.