狀態監控系統在電力培訓中的應用

摘要：智能電網在電力系統運行檢修中發揮著越來越重要的作用。江蘇省電力公司在加大智能電網建設的同時，更加注重智能電網知識的普及和應用，為此，江蘇省電力公司在其技能培訓中心尹山湖輸配電帶電作業實訓基地建設了一套輸配電線路狀態監測系統。培訓學員通過現場參觀以及實際操作，真實的感受到智能電網“信息化、自動化、互動化”的智能要求以及狀態監測裝置“測量數字化、輸出標準化、通信網絡化和狀態可視化”[1]的基本特征。

關鍵詞：智能電網；基站；傳感器；功能；原理

作者簡介：王德海（1982-），男，遼寧綏中人，江蘇省電力公司生產技能培訓中心，講師；管瑞忠（1958-），男，江蘇常熟人，江蘇省電力公司生產技能培訓中心，一級指導教師。（江蘇 蘇州 215004）

中圖分類號：G726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0144-02

2009年5月，國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念：以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，以通信信息平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動化特征，包含發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合的現代電網。[2]中國智能電網研究和建設已拉開了序幕。

2011年，江蘇省電力公司為加強智能電網建設和智能電網知識培訓，在江蘇省電力公司生產技能培訓中心尹山湖輸配電帶電作業培訓基地建設了一套輸配電線路狀態監控系統。通過該狀態監測系統可以實現對高壓輸電線路實時監測，系統中監測裝置通過無線傳感網技術與有線傳輸結合的方式，對輸電線路周邊狀況及環境參數進行全天候監測，并由基站通過RS-485總線方式將獲得的實時狀態數據傳輸給系統控制主機，并響應主機的各種預警命令，使輸電線路運行于可視、可控之中。系統對事故隱患提出預警，為生產管理提供決策信息支持，為調度提供輔助決策信息，有效減少由于各種因素引起的電力事故。學員通過現場參觀以及實際操作，可以真實的感受到智能電網“信息化、自動化、互動化”的智能要求以及狀態監測裝置“測量數字化、輸出標準化、通信網絡化和狀態可視化”的基本特征。

一、輸電線路狀態監測裝置的背景和意義

我國地域遼闊，電力線路和設備具有危險點分散性大、距離長、難以監控維護等特點，而由氣象臺提供的對某個地區的定時定點監測記錄并不能完全準確地反映電力線路走廊和變電站等重要區域的氣象條件，其歷史氣象數據一片空白，給自然災害預防及研究帶來了一定的困難。隨著全球氣候環境惡化的加劇，冰雪、洪澇、凍雨、大風等災害時有發生且越來越頻繁。輸電線路易受覆冰、舞動影響而出現大面積事故停電，給電力系統及人民生活造成了極大的直接與間接經濟損失。

二、輸電線路狀態監測裝置的功能和作用

主要針對輸電線路走廊的微氣象環境數據進行全天候實時監測，獲取當地氣象實時和歷史數據，如環境溫度、濕度、風速、風向、降雨量等，既可作為輸電線路覆冰狀態分析和判決的依據，又可為災害預測、狀態檢修等提供全面的信息。輸電線路（導線）溫度在線監測系統的開發及應用，符合目前所提倡的輸電線路信息化、智能化、安全化的全面要求，提高了電網安全運行的可靠性及生產效率，減輕了運行部門日常巡檢的工作量，對系統安全運行具有重要意義。在使用過程中，維護人員通過上傳至監控中心的監測數據不僅可以了解前端輸電線路導線的運行情況，還能全面收集和長期積累動態增容、過載性試驗及大負荷區段的帶電導線、重冰區進行交直流融冰的重點區域的實時溫度等資料，為輸電線路在設計、運行維護等方面提供大量的真實的基礎數據。

三、尹山湖輸配電帶電作業實訓基地輸電線路狀態監測裝置的組成及原理

尹山湖輸配電帶電作業實訓基地輸電線路狀態監測裝置由數據傳輸基站、無線溫度傳感器、無線溫濕度傳感器、無線雨量傳感器、風速風向傳感器、太陽能供電系統組成。

1.數據傳輸基站（見圖1）

數據傳輸基站用于收集各類傳感器（溫度、溫濕度、水浸、雨量、避雷器泄漏電流等）的無線信號，并通過RS-485總線將數據傳送給控制主機。采用雙天線設計，可以保證接收到的多徑信號的衰落特性不同，提高信號接收的可靠性。其工作原理是：2.4GHz RF收發器收到傳感器發來的數據會產生中斷信號，MCU立即讀取該數據，進行分類處理并保存到內存和FLASH ROM中。在主機通過RS-485（CAN、以太網）總線查詢時將收到的數據傳輸到主機進行處理。

2.無線溫度傳感器（見圖2）

無線溫度傳感器用于實時監測輸（配）電線路及變電一次設備的運行溫度、溫升和相間溫差，是基于WSN（無線傳感器網絡）技術設計開發的，應用先進的一體化、微型化封裝技術和等電位安裝技術，可將其直接安裝在設備發熱處或線路之上，為電力網安全運行提供數據支持。其工作原理是：無線溫度傳感器定時測量并發送監測點溫度數據，當監測點溫度超過預設值時立即報警并提高測溫頻率，這些數據通過2.4GHz無線信道傳輸到基站。

3.無線溫濕度傳感器（見圖3）

無線溫濕度傳感器用于實時、準確的測量環境溫度和環境相對濕度。它能使用戶對現場環境實現遠程數據采集和監測，具有體積小、易安裝、使用壽命長、實時在線等功能特點。其工作原理是：無線溫度傳感器定時測量并發送監測點溫濕度數據，當監測點溫濕度超過預設值時發出告警，并將數據通過2.4GHz無線信道傳輸到基站。

4.無線雨量傳感器（見圖4）

無線雨量傳感器用于實時測量自然界降雨量，同時融入WSN（無線傳感器網絡）技術，將降雨量轉換為以開關量形式的數字信息量通過無線信道發射給基站。它為防洪、水庫水情管理提供了數據支持。其工作原理是：由承雨口采集到雨水，經漏斗進入上翻斗，上翻斗承積到一定水量時發生翻轉傾倒，經匯集漏斗和節流管注入計量翻斗，把不同強度的自然降水調節為比較均勻的中等強度降水。計量翻斗承積到相當于0.1mm降水時計量翻斗翻到。計量翻斗每翻倒一次，計數翻斗跟隨翻倒一次，通過安裝在計數翻斗的磁鋼對固定在機架上的干簧管掃描，使干簧接點因磁化而瞬間閉合一次，通過二心電纜送出一個電路導通信號，傳輸到無線傳感計數器進行計數，并通過2.45GHz無線信道傳輸到基站。

5.風速風向傳感器（見圖5）

用于實時監測所在環境的風速、風向參數值。采用超聲波一體化風速、風向傳感器，全金屬外殼，一體化設計，可全天候工作，免維護。同時還具有測量精度高、穩定性好等特點。其工作原理是：利用超聲波時差法來實現風速的測量。聲音在空氣中的傳播速度匯和風向上的氣流速度疊加，若超聲波的傳播方向與風向相同，它的速度會加快；反之，若超聲波的傳播方向與風向相反，它的速度會變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風速函數對應。通過計算即可得到精確的風速和風向。

6.太陽能供電系統（見圖6）

太陽能供電系統簡稱太陽能電源，是一種將光能轉換成電能的供電設備。它有太陽能電池板（見圖6）、太陽能控制器、硅能蓄電池（見圖7）三部分組成。其工作原理是：白天利用太陽能電池方陣將光能轉換成不穩定的電能，通過太陽能控制器再將不穩定的電能變換成穩定的直流電，以向蓄電池組充電，同時也給負載設備供電。夜間，蓄電池組再將存貯的電能向負載放出。如此往復，使負載設備始終有電力供應。

7.紅外探測傳感器

采用2個紅外微波雙鑒探測器安裝于需要監控的塔身關鍵位置，以覆蓋防護范圍為準（可擴展至4個）。每個紅外微波探測器的波束覆蓋區域為：X軸輻射角寬110度、Y軸輻射角寬85度。選擇合適的安裝高度，可以覆蓋桿塔本體周圍及安裝點10米左右范圍內異物的入侵，感知安全范圍內的外物靠近，對于違法人員的攀爬、盜材等可即時感知，并向主站發送報警信號。

四、在線監測裝置在尹山湖輸配電帶電作業實訓基地的應用

未來電網將向智能化發展，智能電網知識的普及和應用對于電網發展越來越重要。尹山湖輸配電帶電作業實訓基地在線監測裝置可以實現風速、風向、大氣溫濕度、照度、雨量等微氣象數據的監測；可以實現導線溫度的監測；可以實現導線運行溫度、桿塔工作狀態、導線覆冰等狀態監測；可以實現避雷器總泄漏電流、阻性電流、諧波電流等參數的監測。這些監測雖然僅僅是智能電網應用的一小部分，但是它將智能電網“信息化、自動化、互動化”的智能要求以及狀態監測裝置“測量數字化、輸出標準化、通信網絡化和狀態可視化”的基本特征傳遞給江蘇電力系統的電力員工，將智能電網的基本知識以實物的形式展示給培訓學員，讓江蘇電網員工更深刻地理解智能電網知識，為智能電網的發展貢獻更大的力量。

參考文獻：

[1]輸電線路狀態監測裝置通用技術規范[S].北京：國家電網公司，

2010.

[2]劉振亞.智能電網知識讀本[M].北京：中國電力出版社，2010：

24.