高壓輸電線路在線監測技術研究

摘要：輸電線路的運行狀態關系到電網運行的效率和安全，影響輸電線路正常運行的因素有很多，而最主要的是自然氣候因素，所以解決自然氣候因素的影響是目前輸電線路監測技術主要的研究問題。對高壓輸電線路在線監測技術中的輸電線路動態增容技術、線路弧垂和張力的監測、線路覆冰情況的監測、線路圖像的監控、微氣候測量等相關問題進行了分析，并給出了一些建議。

關鍵詞：輸電線路；狀態監測系統；監測方法；動態增容

隨著我國經濟的迅速增長，各個領域對電力資源的需求量也急劇增多。但是我國的水力、煤炭等一次資源具有分布的不平衡性，這就決定了能源要由電網傳輸，所以科技人員越來越關注輸電線路運行安全性和可靠性，因為它是電網系統中極其重要而不可缺少的部分。但是現在由于我國輸電線路總長度和傳輸容量不斷增長，加大了對其維護與檢修的難度。所以，現在主要的任務就是提高其運行管理的自動化水平。

一、輸電線路動態增容技術

我國目前運用靜態提溫增容技術和動態監測增容技術兩種方法來提高現有輸電線路輸送容量。

靜態提溫增容技術是一項新的突破，為了達到增大輸送量的目的，它巧妙地提高了現有的導線正常運行允許溫度。但是這項技術在一定程度上脫離了一些行內的規定，因此它在很大程度上會導致導線破損并縮短一些必需設備的使用壽命。

動態增容技術能及時反映輸電線路潮流與線路熱穩定限額的變化，這樣電網的工作人員就可以適當對一些運行數據進行調整，并且分析線路剩余的輸送量，從而可以有效地保證輸電線路正常運行和一定的傳輸容量。

動態增容技術通過對輸電線路導線的監測，可以及時地反映其運行的溫度是否超過規定范圍，也可以對自然氣候因素進行分析，使工作人員可以在很短的時間內解決一些不必要的麻煩。如果輸電線路導線運行的溫度超過了規定的范圍，線路工區的工作人員可以申請停用或者轉移負荷量，以保證輸電線路的正常運行。

二、線路弧垂和張力的監測

輸電線路弧垂的大小是線路能否安全運行的決定因素，所以它必須被控制在規定的范圍內。弧垂主要受輸電線路導線運行環境和線路導線容量的影響，而導線應力、導線張力、傳輸容量、大氣溫度、風、導線覆冰等也會給其帶來不小的影響。導線的弧垂和張力也要進行監測和判定安全性，因為在線路增容系統中，弧垂和張力會隨導線的溫度提高而變化，如果張力變大，則弧垂會變小，從而引起線路導線的不穩定性，這樣就會存在一些安全問題。導線溫度越高，伸長量越大，弧垂的增加也越多。過大的弧垂不僅會限制線路的輸送能力，甚至會帶來安全隱憂，造成重大安全事故。在這里只考慮了由于溫度變化引起的線路張力變化。而風主要會使導線周圍氣流速度加快進而引起導線溫度不斷變化和導線振動，從而使導線不穩定或導線破損而產生斷電或更嚴重的現象。而導線覆冰的情況也會使弧垂增大造成導線破損，從而使線路產生安全問題。

三、線路覆冰情況的監測

其實我國許多輸電線路都存在著覆冰問題，覆冰會導致弧垂和張力的變化，而弧垂和張力的變化會使輸電線路導線產生一些不停擺動的狀況，從而引起導線破損和斷裂，這樣就會造成人們用電的不便和一些安全問題。所以，相關技術人員必須盡快解決線路覆冰的問題。

1.監測導線覆冰的方法

一是在輸電線路導線上安裝傳感器來測量拉力及受重，根據測量數據來計算結冰厚度并及時制定出解決覆冰問題的方案。當然，它不僅能監測結冰情況，還能有效地監測輸電線路弧垂的情況，并對其進行測量以保證輸電線路的正常運行。

二是在容易結冰的地方安裝監測站，這種監測站是自動的，它可以及時測量輸電線路導線的工作環境，如溫度、濕度、風速等一些氣候方面的數據，并依據測量數據通過適當的方式對輸電線路導線工作環境進行調整，從而防止導線出現大量結冰的情況。

三是通過攝像頭進行監控并拍下線路運行狀況的圖像，這樣監控中心就可以實時掌握線路工作是否正常及其是否覆冰。然后可以判斷積冰厚度，并根據數據找尋解決方法。

2.線路覆冰監測實現方案

架空線路覆冰時很可能會導致導線張力的變化和弧垂的增加，而覆冰監測方案可以對弧垂進行監測，再加上小型氣象站對氣候因素的影響的分析和線路視頻裝置的觀察，這就能實現對其進行實時綜合監測。

下面以鋼芯鋁絞線LGJ-400/35為例說明估算覆冰厚度的方法。導線基本參數為：計算截面積：S=425.24mm2，外徑：D=26.82mm；單位質量：m=1.349kg/m；彈性系數：E=65kN/mm2；線膨脹系數：a=20.5×10-6℃-1；保證計算拉斷力：T=98700N。

假設線路兩桿塔等高，檔距為350m，平均氣溫15℃時導線水平張力24675N，導線覆冰時氣溫為-5℃，無風，覆冰厚度10～40mm。應用導線狀態方程式（1）：

（1）

若工作條件1時的H1、w1、w2、t1、t2已知，代入式（1），用牛頓逐漸趨近法，便可求得工作條件2時的水平張力H2值。

以平均氣溫15℃作為工作條件1，氣溫-5℃設計覆冰厚度為10mm作為工作條件2來計算。平均氣溫15℃時，導線單位自重荷載按式w1=qg，計算可得：w1=13.2292 N/m；已知張力H1=24675N，代入式fm=l2w/8Hcos￠，可得導線弧垂：f1=8.2096m；氣溫-5℃導線覆冰10mm且無風時，導線單位長度冰荷載和導線覆冰時垂向總荷載分別為：w2=10.2095N/m；w3=23.4387N/m；根據線路狀態方程，用上述已知量H1、w1、w3、t1、t3代入式（1），用牛頓逐漸趨近法求解，可得H3=41173 N，再代入式fi=l2w3/8H3cos￠，可得導線弧垂：f3=8.717m；相應地可求得氣溫-5℃導線覆冰厚度20、30、40mm時的各項數據，如表1所示。

從上表可以看出，當導線結冰厚度達到40mm時，導線應力是100983N，已超過導線保證拉斷力98700N，故此時導線斷線是極有可能發生的。弧垂隨著結冰厚度的增加而變大，可以通過找到結冰厚度值與相應弧垂值的關系找到其邏輯關系，這樣就可以通過弧垂值求出結冰厚度，從而及時制定出解決方法。

四、線路圖像的監控

圖像監控技術是一種遠程技術，它通過利用一些先進的多媒體技術更高效地實現監測輸電線路的運行狀況，如果線路的運行出現了問題，它就會及時地反饋給工作人員，從而盡快解決線路運行的安全問題。但是全國范圍內輸電線路的不斷擴展增加了線路運行人員巡視維護工作量，而在巡視過程中會由于工作人員的應接不暇產生更多的問題，而且會使工作人員無法有效地巡視野外偏遠等地區的線路，這樣就會給線路安全帶來一些隱患。

1.圖像監控系統結構

下面提供一種由監控終端、GPRS通訊網絡和監控中心組成的全天候監控模式。如圖1所示。

監控終端作為整個系統的核心部分，主要用來采集圖像、壓縮圖像、編碼圖像和聯網傳輸圖像。

2.圖像壓縮技術

存儲、處理和傳輸能力是圖像監控系統的重點。因為在圖像監控系統中，要進行大量的數據運算，而且這些數據都是實時傳輸的，它不會留有過多的時間進行數據整理，所以就要對圖像進行壓縮。

采集和壓縮圖像是處理圖像的一個關鍵部分，由于傳輸限度的限制，要求必須采取合適的壓縮編碼方法，只有這樣才可以高效傳輸圖像。通過壓縮可以保持圖像信息的準確，又可以除去多余的繁雜信息，從而使傳輸的信息量大量減少，減少傳輸的壓力。而目前壓縮的較佳方式主要為硬件和軟件壓縮。但是軟件壓縮占用資源多、效率低，因此在實際的工作中采用軟件壓縮的較少，主要為硬件壓縮。

在社會的高速發展下，監控技術也有了新的提高。現在市場上已經出現了許多現成的模塊化圖像采集卡，這些圖像采集卡可以將圖像采集、壓縮并保存在一起，而且去除了硬件的瑣碎部分，這樣用戶就可以自己操作，不用了解那些技術就可以運用自如了，而且還可以按自己的需要對系統進行設計。

五、微氣候測量

微氣候的測量是輸電線路在線檢測中不可缺少的組成部分。架空輸電線路的運行狀態是否正常受到風速、風向、日照等天氣因素的影響。這些氣候因素的變化會導致導線溫度隨之改變，而影響到導線正常工作的狀態參數。覆冰與風速、風向和溫度則有可能導致輸電線路的振動，從而引發一系列的事故。現今多采用自動氣象站（組成部分包括數據通訊接口數據采集器、傳感器、電源部分和相關軟件）測量其參數。

六、結束語

輸電線路的安全運行是人們正常生活的保證，相關技術人員必須采取一些必要的方法來避免或者解決自然氣候因素帶來的問題。只有處理好影響輸電線路正常運行的主要因素，并針對其制定一些解決方案，才能保障整個電網運行正常，防止一些意外事故的發生。

參考文獻：

[1]何清，汪濤，金濤，等.輸電線路覆冰監測技術[J].湖北電力，

2009，（1）.

[2]孟毅，陳繼東，胡丹暉.架空輸電線路覆冰在線監測系統的運行[J].中國電力，2011，（5）.

[3]呂玉祥，占子飛，馬維青，等.輸電線路覆冰在線監測系統的設計和應用[J].電網技術，2010，（10）.

[4]王曉希.特高壓輸電線路狀態監測技術的應用[J].電網技術，

2007，（22）.

[5]鄒建明.在線監測技術在電網中的應用[J].高電壓技術，

2007，（8）.

（責任編輯：劉輝）