在線技術(shù)在輸電網(wǎng)的應(yīng)用研究

趙勇，張錦云，吳增明

(云南電網(wǎng)公司大理供電局，云南 大理 671000)

0 前言

輸電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)。包括絕緣子、金具、桿塔和輸電線等設(shè)備和器材。廣泛分布在平原及高山峻嶺，直接暴露于風(fēng)雪雨露等自然環(huán)境之中，同時還受到洪水、滑坡、冰災(zāi)等自然條件的損害，運(yùn)行環(huán)境惡劣。很多架空線路的導(dǎo)地線及金具銹蝕、絕緣劣化、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線覆冰等因素，很可能成為輸電網(wǎng)安全運(yùn)行的隱患，特別是在冬季，導(dǎo)線覆冰時常威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)的安全可靠性運(yùn)行至關(guān)重要。輸電網(wǎng)可靠性及運(yùn)行情況直接決定著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

1 運(yùn)維現(xiàn)狀

1.1 電網(wǎng)特性

1)輸電網(wǎng)地處偏遠(yuǎn)，現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)工作需要持續(xù)一定的時間。所以，維護(hù)需投入的人員、物資、工具、交通等，要提前安排與準(zhǔn)備。

2)輸電網(wǎng)所處的環(huán)境信息變化頻繁，維護(hù)人員需要不斷地熟悉去往目標(biāo)作業(yè)點的環(huán)境信息，很難以非常直接有效的、針對性很強(qiáng)的方式開展工作。嚴(yán)重影響現(xiàn)場工作的效率。

3)大部分輸電網(wǎng)架設(shè)在險要之地，工作人員現(xiàn)場作業(yè)時，人身安全存在一定程度的風(fēng)險。

綜上所述，由于輸電網(wǎng)的以上特性。使在距離、時間、環(huán)境、安全、技術(shù)等方面的因素成為開展輸電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作不可忽視的考慮參數(shù)。

1.2 傳統(tǒng)運(yùn)維

目前，基于輸電網(wǎng)架設(shè)的客觀特性與各管理單位所具備的實際條件，主要采用周期性巡視、離線設(shè)備檢測和預(yù)防性實驗等方式。采用了部分在線監(jiān)測的技術(shù)手段，但應(yīng)用面狹窄，普及率低。

2 輸電網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)

輸電網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)是直接安裝在線路設(shè)備上，可實時記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)。

2.1 監(jiān)測技術(shù)架構(gòu)

架構(gòu)體系分為:置前現(xiàn)場監(jiān)測終端，中間網(wǎng)絡(luò)通信媒介，后方監(jiān)控管理中心。現(xiàn)場監(jiān)測終端是安置在輸電網(wǎng)現(xiàn)場的監(jiān)測設(shè)備。其目的是對關(guān)于輸電網(wǎng)的實時運(yùn)行狀態(tài)特征量進(jìn)行在線監(jiān)測，以通信網(wǎng)絡(luò)為媒介將監(jiān)測結(jié)果回傳后臺監(jiān)控中心。通信網(wǎng)絡(luò)是檢測終端與監(jiān)控中心進(jìn)行通信的交通樞紐。以GPRS 或3G 無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)跨區(qū)域異地通信。監(jiān)控中心對監(jiān)測數(shù)據(jù)集中存儲，專家軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、專業(yè)分析，監(jiān)控主機(jī)開放視窗，統(tǒng)一展現(xiàn)信息。整體化實現(xiàn)遠(yuǎn)程輸電網(wǎng)運(yùn)行狀況在線監(jiān)測與應(yīng)用。應(yīng)用架構(gòu)如圖1 所示:

圖1 在線監(jiān)測技術(shù)架構(gòu)圖

2.2 終端監(jiān)測支撐

監(jiān)測終端安裝在輸電網(wǎng)現(xiàn)場的線路節(jié)點上，實時工作，實現(xiàn)對不同項目、不同內(nèi)容的在線監(jiān)測，產(chǎn)生監(jiān)測結(jié)果，分發(fā)回傳結(jié)果數(shù)據(jù)，同時受控遠(yuǎn)程指令，終端有源供電。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行機(jī)理科學(xué)。

1)整體運(yùn)行機(jī)理:能源供應(yīng)模塊提供工作電源，電路模塊實現(xiàn)電流通路，實現(xiàn)載電，而后輸送各支撐模塊單元啟動運(yùn)行，傳感器實時探測電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，軟件模塊對終端各模塊工作實現(xiàn)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)管理，無線通信模塊被動受軟件模塊的管理，實現(xiàn)與后方監(jiān)控中心的在線通信應(yīng)用。

2)傳感器:一種能夠感受和響應(yīng)規(guī)定的被測量物，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)化成有用的輸出技術(shù)設(shè)備。

敏感元件直接感受被測量，輸出與它成確定關(guān)系的電物理量。其中被測量可以是物理量、化學(xué)量、生物量等。輸出的量便于傳輸、轉(zhuǎn)化、處理、顯示。傳感器元件一般不直接感受被測量，而是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)化為電量輸出。

3)能源供應(yīng)模塊:負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行的能源供給。主要采用太陽能電池加硅能蓄電池進(jìn)行浮充的供電方式、導(dǎo)線抽能供電方式、太陽能加蓄電池或電池等的供電方式。

電路模塊:設(shè)備載電通電的運(yùn)行單元。同時，還對各輸入、輸出接口，實現(xiàn)防雷、防滲、防干擾等保護(hù)措施。

元器件:設(shè)備組成構(gòu)件，以適應(yīng)各種不同條件下的氣候、電磁環(huán)境為目的。采用新進(jìn)的設(shè)計工藝，工業(yè)或軍用級的材料制造的構(gòu)件。

軟件模塊:實現(xiàn)監(jiān)測終端和后方監(jiān)控中心遠(yuǎn)程雙向交互的應(yīng)用管理功能。實現(xiàn)常用看門狗、防飛等指令應(yīng)用功能。支持設(shè)置錯誤陷阱及標(biāo)志，一旦程序出現(xiàn)任何問題，系統(tǒng)都能采取復(fù)位、自動糾錯等方式進(jìn)行自行維護(hù)，保證軟件常年正常運(yùn)行;另外，對于一些重要數(shù)據(jù)和標(biāo)志，系統(tǒng)還采用多重備份的方式對其進(jìn)行保護(hù)。

4)無線通信模塊:輸電線路分布廣、距離遠(yuǎn)的特點，傳統(tǒng)的RS232、RS485、紅外、元線電等短距離通信手段，已經(jīng)無法實現(xiàn)對輸電線路的在線監(jiān)測的應(yīng)用需求。通信技術(shù)是制約在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。隨著GPRS、3G 通信技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信與監(jiān)測成為可能。桿塔現(xiàn)場監(jiān)測終端通過GPRS、3G 網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線通信。對于沒網(wǎng)絡(luò)信號的地區(qū)，可采用無線接力方式將信號傳遞到有信號的桿塔，再通過3G、GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信的方式遠(yuǎn)距離傳輸。

3 移動應(yīng)用技術(shù)

移動應(yīng)用技術(shù)是支持在手持的終端設(shè)備上，實現(xiàn)個人或企業(yè)應(yīng)用的終端技術(shù)。在技術(shù)層面有以下方面的核心支撐:

1)基于無線網(wǎng)絡(luò)的通信。主要以GPRS、3G為通信媒介，實現(xiàn)即時信息通訊、在線遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。

2)基于無線的移動定位技術(shù)。

3)基于終端的臨時存儲技術(shù)。主要指終端的存儲卡技術(shù)，存儲卡種類繁多，不同的移動技術(shù)產(chǎn)品，使用不同的存儲技術(shù)。

4)基于便捷式可攜帶的應(yīng)用特性。

5)基于移動式的應(yīng)用前景。

將移動技術(shù)應(yīng)用于日常輸電網(wǎng)的日常維護(hù)工作，可實現(xiàn)工作人員對輸電網(wǎng)的移動式運(yùn)行維護(hù)，非常切合輸電網(wǎng)分布于戶外，工作人員的工作場地，也在戶外的現(xiàn)實應(yīng)用需要。建立運(yùn)維新模式。

3.1 應(yīng)用架構(gòu)

架構(gòu)由運(yùn)維前端和管理后方兩部分組成。實現(xiàn)輸電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況及人工現(xiàn)場運(yùn)維情況的在線、在控及可控。

3.2 移動技術(shù)的應(yīng)用

通過給輸電網(wǎng)現(xiàn)場或戶外作業(yè)人員裝備手持式移動智能手機(jī)終端，實際應(yīng)用于現(xiàn)場移動式作業(yè)過程。使工作人員在遠(yuǎn)程線路現(xiàn)場，實現(xiàn)便捷、高效地開展工作，同時，使現(xiàn)場作業(yè)的工作全程在線、在控、可控。具體應(yīng)用表現(xiàn)如下:

1)定位與導(dǎo)航

2)移動信息采集

3)移動業(yè)務(wù)查詢與受理

4)有效路徑標(biāo)識

5)現(xiàn)場作業(yè)跟蹤

3.3 可視化展示與應(yīng)用

1)可視化平臺與終端負(fù)載設(shè)備一體化聯(lián)動應(yīng)用。

2)可視化平臺與智能手機(jī)一體化聯(lián)動應(yīng)用。

3.4 數(shù)據(jù)整合與應(yīng)用

公司內(nèi)有諸多與輸電網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)性應(yīng)用系統(tǒng)，各系統(tǒng)間沒有效的交互應(yīng)用和實現(xiàn)資源共享。所以，通過數(shù)據(jù)整合技術(shù)，實現(xiàn)對各專業(yè)系統(tǒng)中，與輸電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與應(yīng)用。使輸電網(wǎng)現(xiàn)有的、各種相關(guān)的監(jiān)測、監(jiān)視、檢測、氣象、其他等數(shù)據(jù)，在同一系統(tǒng)平臺內(nèi)得到充分匯總，并實現(xiàn)綜合運(yùn)用。

4 創(chuàng)新技術(shù)

4.1 異常隱患實時探測

輸電網(wǎng)現(xiàn)場安裝紅外探測設(shè)備，當(dāng)探測到有潛在危害的物體接近時，設(shè)備現(xiàn)場立即發(fā)出語音警告。

4.2 工作模式全新建立

實時獲取輸電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)信息參數(shù)，動態(tài)分析與評估指定設(shè)備或部件的健康狀況，以分析與評估的結(jié)果，作為線上工作的支撐性依據(jù)，使工作有目標(biāo)性地開展。巡視到位情況實時檢查。

4.3 目標(biāo)移動定位

目標(biāo)移動定位的應(yīng)用，可以使工作人員，以當(dāng)前位置為參照，動態(tài)定位目標(biāo)信息，準(zhǔn)確計算且展示當(dāng)前位置與目標(biāo)位置相距距離。以引導(dǎo)工作人員，對工作目標(biāo)的現(xiàn)場尋跡和行進(jìn)方位的確定。

4.4 有效路徑動態(tài)導(dǎo)航

輸電網(wǎng)線路巡視過程中，工作人員通過使用移動終端設(shè)備，對去往巡視目標(biāo)的、新發(fā)現(xiàn)或最短路徑，分別按位置進(jìn)行定點記錄和文字注解，以實現(xiàn)對一段路徑的整體性信息采集，并進(jìn)行集中存儲。最終，形成一個統(tǒng)一的路徑庫。為后續(xù)的以下工作提供支撐性的依據(jù)。

4.5 SOS 應(yīng)急求援

通過給工作人員配備的移動終端，在危害或威脅發(fā)生當(dāng)時，實現(xiàn)一鍵式，方便、快捷的將求救人員的個人信息、所在位置及執(zhí)行任務(wù)信息、緊急求援標(biāo)識等進(jìn)行封包，向指定的應(yīng)急救援人員發(fā)出求救請求。

5 結(jié)束語

在線技術(shù)在國內(nèi)輸電網(wǎng)的應(yīng)用正處于初步階段，僅少數(shù)輸電網(wǎng)運(yùn)維企業(yè)建立相應(yīng)系統(tǒng)，但都不盡成熟與完備。隨著社會不斷發(fā)展，為適應(yīng)社會對電網(wǎng)生產(chǎn)及運(yùn)行管理的更高要求。加強(qiáng)輸電網(wǎng)自身安全與穩(wěn)定的管理能力將是一個長期持續(xù)所面臨的問題。對在線技術(shù)的深入應(yīng)用與推廣就是一種解決之道。其實質(zhì)就是不斷擴(kuò)展輸電網(wǎng)在線應(yīng)用與管理手段，豐富各類在線信息的來源、類型和數(shù)量，為輸電網(wǎng)運(yùn)維工作提供有力信息支撐。最終，實現(xiàn)豐富管理手段，提高管理能力與水平。實現(xiàn)輸電安全與穩(wěn)定的步履長期持續(xù)，穩(wěn)固發(fā)展。

［1］劉暢、輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)研究，華北電力科技大學(xué)。

［2］盛金馬、輸電線路在線監(jiān)測中的應(yīng)用，《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》。

［3］孫鵬、基于虛擬化技術(shù)的智能手機(jī)移動辦公應(yīng)用的研究與應(yīng)用，復(fù)旦大學(xué)。