輸電線路覆冰在線監測技術在直流融冰系統中的應用探討

摘 要：輸電線路極容易產生覆冰的問題，威脅到國家電力系統安全，也是我們需要解決的技術難點和重點。對輸電線路的覆冰狀況可以進行在線監測，這項技術的實施和應用可以極大程度上解決此類問題。在出現冰災的時候，可以使用該技術進行預警，更好地發展輸電線路覆冰在線監測技術。

關鍵詞：輸電線路；覆冰；在線監測；直流融冰系統

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）33-0039-02

在出現極端寒冷的天氣情況下，輸電線路覆冰狀況時有發生，這會造成輸電線路受到嚴重損害，從而造成部分電網癱瘓或者全網停運。融冰技術與覆冰預警系統技術的發展對于電網的發展有重大意義。

1 當前輸電線路覆冰在線監測技術存在的問題

目前，輸電線路覆冰在線監測技術發展迅速，但是仍有很多問題，主要有三個方面。①覆冰計算模型的優劣直接影響結果準確性。②通信傳輸方式對于檢測數據傳輸有影響，影響傳輸數據的時效性。③裝置電源可以對工作效率產生影響。

2 系統的結構

本系統由三部分所組成，即前端信息采集系統、中間通訊系統和后臺軟件的分析系統。

2.1 前端信息采集系統

前端系統的主要功能就是可以對導線的覆冰模型進行計算與各種狀態量的加工、存儲和采集，內容包括前端的硬件系統和能夠保障采集、加工和存儲、傳送數據等功能。

2.2 通信的方式

本系統的通信方式由GPRS通信和光纖通信、無線通信所組成。

2.3 后臺軟件系統

直流融冰與動態無功補償系統在融冰方面使用覆冰在線監測的軟件系統，這套系統是一套綜合了數據收集、數據應用與數據存儲為一體的系統，它不依賴一些在線監測裝置的廠家自己的軟件與平臺，而是根據編制統一的數據通信規約而進行數據通信傳輸活動，把實時監測到的數據送到電力部門的PI實時與歷史數據平臺進行管理，用戶的系統應用開發要基于此平臺。

3 監測裝置的功效

3.1 前端監測終端

前端監測終端的平臺使用的是模塊化的設計方式，以主控制器為基礎，各種傳感器采集的單元可以按需選配，主控、通訊的部分設備、電源可以共享。該監測的終端平臺是以ARM為主的控制器，有較強的擴展功能。

具體的優點有：它支持多路串口接入，北斗衛星的收發設備可以接入。還支持RS485總線數據的接受與發送，另外還有多路開關量輸出與輸入和RF通訊都被支持。內部含有無線通信的模塊，根據不同用戶的要求來選擇CDMA模塊或者GPRS模塊。內部帶有蓄電池可以對充電功能進行管理，外部的電源可以接入，多路電源輸出控制功能也支持，電源輸出電壓是可以進行調節的。

3.2 模擬導線覆冰的監測采集單元

模擬導線覆冰的監測采集單元的作用是模擬導線覆冰厚度值等，模擬導線覆冰的監測采集單元是由一米長的模擬導線和圖像傳感器、稱重拉力傳感器、加熱裝置等公共組成。稱重拉力傳感器可以實時的監測模擬導向重量。覆冰的厚度直接可以反映出總重量的改變，圖像傳感器的工作主要是要向下拍攝模擬導線的覆冰情況，加熱裝置在周圍環境覆冰嚴重的情況下會自動打開加熱功能，工作方式是攝像頭鏡面融冰。重量數據利用RS485總線連接到主控制器，模擬視頻信號被連接到主控器的內部壓縮模塊，后臺可以根據靜態的圖像和實時視頻兩種方式來查看模擬導線的覆冰情況。

4 輸電線路覆冰在線監測系統的特點

4.1 通訊的傳輸方式

此系統中的通信傳輸方式使用目前OPGW光纜空置的纖芯來進行自行設計。制造信號轉換裝置，創新地使用了無線網絡的十光纖通信技術以及雙通道無縫切換、互備技術等。光纖接入使用了更加簡單高效的直接OPGW接頭盒來接入，達到了最高100 M/s的速度，系統在線監測數據和視頻信號往后臺傳輸，這就讓后臺可以實時的看到清晰的動態畫面了，這解決了以往每10 min才能傳送一副靜態圖像的問題。

4.2 電能的供應系統

架空輸電線路的在線監測系統在進行電能供應時一個比較難處理的問題，使用耐低溫與超高溫不爆炸、比能量高、自放電率低的物質作為電池是必須的，符合這些特點物質如磷酸鐵鋰電池就是非常好的材料，它能夠作為供能與儲存能源的電源，太陽能是一種補充電源，可以保障電路在使用時不能中斷，在閑置的時候可以休眠，這樣很大程度上提升了能量充分使用率，系統經過了架空線路一個多月的持續低溫和陰雨惡劣天氣的考驗，剩余的能量十分充足，這就徹底解決了該系統在低溫、強電磁干擾、冰凍、高濕度等環境下產生覆冰情況的供電難題，從而保障了檢測設備運行的穩定性。

4.3 覆冰計算的模型

多模式的覆冰監測融合了互補策略，開發出來了具有統一規約的，在PI的數據庫中結合了覆冰監測等一系列功能的一體化軟件，可以說兩檔三塔模型相比單塔模型與單塔兩檔模型有一定的優勢，也就是兩檔三塔模型可以計算出不平衡的張力與桿塔荷載的變化，同時對檔內的不均勻覆冰荷載情況也予以考慮，提升了計算覆冰厚度的準確性與垂直檔距的計算準確性。絕緣子串的拉力測量、模擬導線測量和導線傾角測量的有機結合可以準確算出導線覆冰的厚度。

5 輸電線路覆冰在線監測技術在直流融冰系統的應

用實例

2011年浙江地區發生電路覆冰情況，浙江電網使用了輸電線路覆冰在線監測技術來很好的解決了這一問題。持續降雪降溫，在線監測的數據表明冰雪的荷載不斷上漲，最嚴重的是500 kV的雙信5465線在38 h之內增加80%，覆冰的厚度高達10 mm，增長速度為0.2 mm/s，之后啟動直流融冰兼動補裝置，對雙信5465線路開始直流融冰，在直流融冰的過程里進行模式的轉換和電流的設置，融冰的電流升流與降流都做到了無級推子調節，電流達到四千安培的時候，導線的溫度會從-3 e上升到+7 053 e，導線上的覆冰開始迅速脫離，整個融冰在1.5 h之內就可以全部完成，系統正常運行。在這次浙江的輸電線路覆冰在線監測技術的使用當中，直流融冰模式和動補運行模式可以做到功能上切換靈活，操縱簡便，單模式投入與退出的操作都十分簡便，步驟很少，不易出錯。另外，布局非常合理，運行安全得以保障，對于浙江的電網安全運行有非常重要的保障作用。該技術對于浙江地區電網的正常運轉有非常重要的作用，保證了整個浙江地區的電網運行安全，也促進了科技的發展，而且對該地區的經濟發展與社會穩定都有非常重要的作用和現實意義，因此，該項目的技術研究有很高的推廣價值和實用價值。

2012年，云南與貴州兩省出現了長時間的低溫雨雪天氣，南方電網公司的部分電力線路嚴重覆冰，一天之內被覆冰的線路有88條，僅云南電網公司就投入44套直流融冰的裝置，采用多種措施積極應對，開展了線路特巡和檢測覆冰預警、融冰裝置的狀態、改造和加固輸電線路等一系列工作，做好了抗冰保電的準備工作。云南電網通過進行了線路抗冰與加固工程、建設覆冰的監測和預警系統、直流融冰技術這三項重大措施，大大提升了電網的抗冰能力，確保了電網的穩定運轉。

6 結 語

毫無疑問，輸電線路覆冰在線監測技術有非常重要的現實意義，目前該技術還在不斷的完善發展中，還有一些問題，例如覆冰在線監測的硬件穩定性問題、攝像頭抗冰能力等，都需要進一步改善，以期使該技術更好地為我國電網服務。

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