特高壓直流輸電線路在線監測系統的應用分析

韋舒天，汪 里，章旭泳

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

國家電網公司特高壓±800 kV復奉線（向家壩—奉賢）直流示范工程投入商業運行已近一年，作為世界上首條特高壓直流輸電線路，當前尚缺乏成熟可靠、可供參考的運行經驗。輸電線路的安全可靠運行決定了整個特高壓輸電系統的穩定和安全，湖州電力局是特高壓直流工程輸電線路的運行單位之一，為了保障特高壓線路的可靠運行，使其始終以良好的運行狀態輸送電能，特別建立了輸電線路狀態監測中心，采用先進的狀態監測技術手段，實時監測特高壓線路環境條件和運行參數，分析特高壓輸電線路的運行狀態，為特高壓輸電線路運行積累經驗。

1 特高壓直流輸電線路狀態監測系統應用現狀

湖州電力局輸電線路狀態監測中心集辦公、監測、應急指揮于一體，具有安全預警、輔助決策、可視化管理等功能，能夠實現對各類狀態參量的采集、處理、存儲、顯示及應用，并通過與GIS（地理信息系統）平臺融合，集成了動態的監測點信息和靜態的電網信息，能夠更好地掌握設備的運行狀態。目前狀態監測中心針對特高壓±800 kV復奉線安裝了導線覆冰、絕緣子風偏、微風振動、導線舞動、氣象和視頻圖像等在線監測裝置，初步具備了各子系統采集數據的整合、綜合分析功能。

1.1 導線覆冰監測系統

系統通過在桿塔上安裝監測裝置，在定制的采樣時間內完成線路導線覆冰雪后的重力變化（力傳感器）、絕緣子串的傾斜角度、風偏角度、溫度、濕度、風速、風向、大氣壓力、雨量等狀態參量信息的采集。通過GPRS網絡發送至監測中心，由監測中心的專家軟件對覆冰雪荷載進行計算，根據覆冰生長機理、導線舞動、桿塔和金具強度校驗以及絕緣子串冰閃的分析，判斷該線路導線的覆冰雪變化趨勢，由專家軟件根據各種修正理論模型給出冰情預報，從而及時給出除冰信息，有效預防冰雪災害事故的發生。

從2010年冬季特高壓覆冰雪在線監測系統運行情況看，已多次監測到線路覆冰雪信息，視頻監測和現場觀測驗證了系統監測結果正確。

1.2 絕緣子風偏監測

導線對桿塔構件發生放電的原因主要是因為強風天氣下導線的實際搖擺角超過允許搖擺角，從而引發風偏放電。又由于原設計規程對風偏重現期規定的標準值偏低，設計裕度小，所以需要對易發生強風天氣區域的桿塔加裝絕緣子風偏監測裝置。

風偏監測系統利用安裝在導線上的角度傳感器，對導線風偏角、導線傾斜角、最小電氣間隙、工作溫度等參數進行實時監測，及時給出風偏放電的預警信息，判斷線路抵御強風的能力，然后通過GPRS網絡發送至監測中心，供運行值班人員結合歷史數據和各項統計參數進行分析。這些數據信息的采集、整理和分析可以使運行人員大致掌握該線段的線路風偏規律，指導線路改進設計，為運行部門制定防風偏措施提供依據。

1.3 微風振動監測

微風振動是造成高壓架空線路疲勞斷股的主要原因，而且其破壞為長期積累，隱蔽性強，因此對其進行監測可以為防振設計提供科學依據，同時可以為減弱微風振動提供監測手段。

微風振動監測裝置主要通過對導線與線夾接觸點外一定距離處的導線相對于線夾的彎曲振動幅值及振動頻率進行連續監測采集，對導地線微風振動振幅及振動頻率進行連續監測，記錄實際振動數據，通過GPRS網絡發送至監測中心，由專家軟件在線分析判斷導地線微風振動的水平，預測導地線的疲勞壽命，對線路防振效果進行評估。大量積累這類實時數據后，將有助于改進線路設計，提高線路運行水平。

1.4 氣象監測

輸電線路的氣象監測主要是建立若干氣象監測點，監測點位置以線路走廊的局部微氣象區為主，實時測量線路的環境參數，包括風速、風向、氣溫、濕度、氣壓、降水強度和光輻射強度等。

氣象監測參數的采集以及氣候特征分析、氣候災害評價等綜合分析報告有助于運行單位及時了解該線路區段的氣候變化狀況，對分析判斷線路所處環境的惡劣程度及指導運行單位進行外絕緣配置都具有重要意義。

1.5 視頻監測

視頻圖像在線監測是通過GPRS網絡，定時對線路附近的石礦開挖、土地平整、鐵路/公路建設、大型機械施工以及塑料大棚、高桅船只和林木快速生產區等外部情況進行采集，記錄這些危險點的環境情況，及時發現違章和危害線路安全運行的行為，在大大減少運行人員蹲點守護勞動強度的同時，避免由于監控不到位造成的外力破壞事故。視頻圖像監測設備還可以配合覆冰監測、舞動監測等在線監測設備，記錄線路覆冰雪和舞動等過程，使線路運行可控、能控、在控。

2 在線監測系統還有待探討的問題

2.1 監測系統專家軟件的適用性

現階段由于監測數據的積累還不夠充分，未達到制定分析判斷標準的要求，預警閥值的設置還缺乏充分依據。導線覆冰監測、絕緣子風偏監測、導線微風振動和舞動監測都要基于相應的計算公式和數學模型，利用由計算公式和數學模型得出的數據進行預警預測，與實際運行還存在一定的差距。目前亟需不斷積累監測數據量，還需對在線監測系統專家軟件進行更深入的基礎研究，使其能夠更準確地處理監測數據，貼近運行實際，提高狀態分析的準確性和智能化水平。

2.2 戶外監測終端設備的穩定性

當前戶外監測終端設備的能量供給主要依靠太陽能充電蓄電，且設備都要求24 h不間斷運行。在連續陰雨天氣時，太陽能供電不足將導致設備斷電，造成監測終端無法正常工作。實際上，能源供給問題已成為制約監測系統可靠運行和滿足運行部門實際需求的瓶頸之一。因此需要在終端設備的能量供給和降低設備運行功耗方面深入研究，綜合應用超低功耗設計方案，如在終端設備中采用超低功耗電力電子部件，降低整機運行功耗，以提高監測設備的穩定性和可靠性。

2.3 數據通信問題

目前監測設備主要通過GPRS/CDMA數據通信網絡進行數據傳輸，因受到帶寬限制，需要將數據打包分批發送至后臺服務器。對于數據量較小的純數據監測設備而言，帶寬已能滿足生產需要，但是對視頻圖像監測系統來說，僅能傳輸分辨率較低的圖像，而數據流量較大的視頻文件則無法保證24 h不間斷監控，僅能在有需要時由手動觸發或者在后臺專家軟件中設置好觸發時間（如0.5 h或更長時間）后自動觸發。

由于輸電線路地理位置較特殊，絕大部分數據和圖像視頻是通過無線傳輸或無線加有線的方式采集的，因此輸電線路狀態監測系統面臨內外網信息安全傳輸的難點。目前，GPRS/CDMA/3G等公網傳輸的方式已有解決方案，即通過省電力公司無線安全接入平臺予以接入，但是短距離無線加OPGW專網數據進入內網的問題目前依然無法解決。今后省電力公司若要全面推廣輸電線路狀態監測系統，就必須解決上述安全接入的問題，同時還要考慮省電力公司無線安全接入平臺的容量。

3 在線監測的管理

3.1 在線監測的布點原則

狀態監測裝置的布點原則是指監測點、監測線路及監測區域的選擇原則，應根據線路的運行特點尤其是運行環境特點，以及監測種類的不同，合理選擇布點范圍。各類監測裝置按其功能和應用目的進行選點，對同一走廊的多條線路或環境、氣象條件相近的地區，在線監測裝置的布點應統籌考慮；監測同一區段線路的多重參數時，宜采用一體化裝置，避免重復建設。

3.2 歷史數據積累的管理

輸電線路狀態監測設備眾多，涉及大量的狀態監測數據，且數據關系復雜、種類繁多，如何對這么多的數據進行有效存儲、分析和利用，是首先需要考慮而且是較難解決的問題。

3.3 人才培養

狀態監測人員必須具有豐富的專業知識，掌握基本的在線監測與故障分析能力，可以根據監測數據綜合評價線路設備的健康水平，參與運行與檢修決策，同時能夠制定優化檢修計劃和檢修工藝。運行單位要對員工進行正規的基礎和專業培訓，使其成為既熟悉計算機信息技術、又具備線路運檢能力的高素質人員。

4 結語

特高壓輸電線路在線監測系統已能基本實現線路運行狀態實時監測，通過專家軟件平臺直觀給出設備實際狀況，方便線路運行部門以監測數據信息平臺為基礎進行分析判斷，為管理人員提供決策，并及時發現和處理事故隱患，保證特高壓線路以良好的狀態安全可靠運行。隨著在線監測技術的不斷發展，以及在線監測設備的準確性、靈敏性、可靠性的不斷提高，能量補給、數據傳輸問題的逐步解決，輸電線路在線監測系統將更好地為輸電線路檢修和運行提供安全保障。

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