輸電線路各種監測系統應用現狀淺析

杜尚昆

（國網冀北電力有限公司秦皇島供電公司,河北 秦皇島 066000）

一、幾種已使用的監測系統、設備簡介

（一）桿塔傾斜在線監測

主要用于采空區、地質不穩定區域的桿塔穩定情況的實時在線監控，安裝在線路采空區桿塔上，由儀器、GSM 天線、傾斜傳感器及太陽能電池板等構成，傳感器以手機短信的方式將桿塔傾斜的相關數據發送給位于系統后臺的接收器，系統依據事先桿塔傾斜設定的閥值進行分析判斷后，決定是否發出告警信息。

傾斜傳感器通過吸附的方式裝設在桿塔上，裝設位置位于桿塔塔頭中間，預先設定傳感器傾斜的方向，包括順線路方向的大、小號側以及橫線路方向的左右側，并在后臺系統中設定對應的桿塔參數（塔型、塔頭高度等）和告警閥值（由線路檔距、桿塔塔型、通道環境決定）等。開啟后儀器正常運行，每隔一段時間通過GSM/GPRS的傳輸方式將桿塔傾斜狀態發送到后臺，并通過后臺相關軟件顯示監測數據。

（二）桿塔在線可視系統

主要用于遠程視頻監控，用于對惡劣環境條件中運行的輸電線路所出現的覆冰、舞動情況以及線路通道環境進行實時監測和及時預警。線路的圖像及氣象數據以GPRS/CDMA 網絡信號傳送到后臺，后臺根據現場的溫濕度、風速、風向等信息，分析輸電線路的覆冰情況及其發展趨勢，若覆冰超過安全標準則對輸電線路及時進行多種方式的報警，保證線路運維人員在第一時間內收到告警信息，并及時對輸電線路進行融冰和采取相關的防范措施。

（三）雷電定位監測系統

雷電定位系統是一套完整的全自動、大面積、高精度、實時雷電監測系統，主要采用國際先進的綜合（時差+方向）探測技術，利用GPS 全球定位系統、GIS 地理信息系統等先進手段，應用計算機在線系統實時顯示云對地雷擊的發生時間、位置、雷電流幅值和極性、回擊次數以及每次回擊的參數，雷擊點的分時彩色圖能清晰的顯示雷暴的運動軌跡。雷電定位監測系統的在線實時監測幫助線路運維人員對雷電的發展趨勢進行預測，實時查詢輸電線路的雷擊故障點，指導故障點的搜尋和排除。

（四）絕緣子污穢在線監測系統

當輸電線路絕緣子的表面附著有各種污穢物質（如灰塵、煙塵、化工粉塵、鹽類等）時，在一定的濕度條件下（如有霧、結露或毛毛雨），污穢物質溶解于水分中形成電解質的覆蓋膜，或有導電性質的化學氣體包圍著絕緣子時會大大降低絕緣子的絕緣性能，致使絕緣子表面泄漏電流大大增加，絕緣子發生閃絡造成電力中斷，給電網安全穩定運行帶來很大的影響，防污閃是維護電網正常運行的一項緊迫任務，構建一種能檢測絕緣子外絕緣表面污穢狀況、并對污閃進行準確預報的在線監測系統非常必要。

高壓絕緣子漏電在線自動監測系統對運行中的高壓送電線路絕緣水平進行在線監視，可以采集不同相對濕度下對應的微安級的阻性泄漏電流（波形、頻譜、有效值），通過分析可以準確地掌握本地段的污穢程度及絕緣變化的情況，代替常規的嚴密測試，為狀態檢修、制定污區分布圖及實施“預防為主”提供直接的數據。

二、在線監測系統使用存在的問題

（一）監測儀的檢修維護

大部分的在線監測系統都需要安裝在桿塔上，有太陽能板和傳感儀器，在實際生產工作中，因面對的開發商不同各類監測儀器的性能不同，線路運行管理單位對監測儀器的維護缺乏經驗，有些監測儀器過大，甚至影響正常的線路檢修工作。在已使用的這些監測設備發生過以下的情況：

桿塔傾斜儀的太陽能板被灰塵覆蓋不能蓄能，造成電池電量耗盡直至損壞，因地區所處的環境比較惡劣，污染比較嚴重，很容易出現此類問題，工區結合春檢，安排對太陽能板進行的擦拭，增加了檢修工作量。為了避免這種情況的發生，應考慮其他更適合的蓄能方法或采用高能電池；各類儀器的連接綁線被鳥報復性啄斷，造成不能正常使用。發生被鳥啄斷的情況后，將綁線更換為不醒目的顏色但仍被鳥啄斷，反復3 次后判斷為鳥類報復性破壞；傾斜儀的電池使用有壽命期限，但在已使用的這些儀器中，有2 臺使用時間不長就發生電池故障的現象，此類現象屬于產品性能不穩定。

檢修工在進行正常的登桿塔檢查作業時，由于對監測儀器的不熟悉或儀器安裝位置影響作業，造成觸碰儀器，返回監測數據出現明顯偏差；大部分在線監測儀器都采用GSM/GPRS 短信息（SMS）服務進行數據傳輸，輸電線路桿塔分布在崇山峻嶺中，很多地方的通訊信號很弱，在選擇安裝點時發生過信號弱、無法正常傳輸信息的情況，安裝后也采用了增加基站發射頻率等多種措施進行改善，但效果仍然不好，這對于今后選擇安裝點、采用何種傳輸介質提出了新的要求。

（二）監測設備的后臺軟件維護

各類監測設備均有數據庫，但數據庫平臺不一，如桿塔傾斜在線使用Visual Foxpro 數據庫平臺，視頻系統、絕緣在線監測采用SQL Sever 數據庫，還有其他一些生產軟件使用ORACLE數據庫平臺。數據庫開發軟件的不統一造成基層單位維護量、維護難度增大，基層單位后臺維護人員本身不具備多種數據庫知識，對所安裝軟件只能維持現狀，一旦服務器發生故障或系統出現問題就可能造成數據的丟失。

多監測系統的同時使用造成在同一臺服務器上軟件互相沖突。由于開發商不同，軟件間兼容性不好，甚至互相影響使用；開發商的后期服務一般比較滯后，與基層單位溝通不夠，基層單位后臺維護人員對軟件失去應有的了解，曾出現過因為數據庫軟件有漏洞造成局域網內感染病毒的情況；大部分系統的服務器端和客戶端軟件支持B/S 結構和C/S 結構，用戶可通過Internet 瀏覽所需的監測數據，但仍有單機采集數據，單機瀏覽的需要進一步開發。

三、在線監測系統的優勢

經過一段時間的使用，各類監測設備對生產工作起著積極、促進的作用。

2016 年11 月某輸電工區采用了桿塔傾斜監測儀（GSM）對部分桿塔進行了全天候監測，從該系統的應用情況來看，對于桿塔傾斜的各類參數能夠正常發送和接收，數據的可參考性比較高。圖1 是某220kV 線路31#11 月5 日至12 月8 日接收的數據顯示的曲線圖，其中橫坐標為日期，縱坐標為偏移角度，預設定〉1.8°報警；順線路角度為負時桿塔前傾（向大號側傾倒），為正時桿塔后傾。觀測可知，某220kV 線路31#ZM1 鐵塔在未計入初始偏移值的情況下（該桿塔處于采空區），桿塔傾斜的曲線呈平穩狀態，順線路方向向小號側偏移很小的角度（僅在30 日向大號側偏移，查相關資料，屬于正常擺動），在報警范圍之內。

圖2是某110kV線路49#桿塔順向傾斜角監測值變化情況，從2017年4月6日～10月31 日呈現出向小號逐漸偏移的現象，經現場檢查后，分析為48#～49#檔距64m，小檔距，判斷為大、小檔距張力回收而引起的，隨后運行班密切巡視監視，提高了巡視工作的針對性。目前某電工區安裝桿塔傾斜儀均位于采空區，其中某110kV線路22#、49#桿塔已輕微傾斜，從接收的數據上看數值明顯偏大，其他桿塔地處采空區，但桿塔本身尚未傾斜，根據數據可以嚴密監控。

在線可視系統在使用中更加直觀、明了，通過設置視頻頭的預置位，遠程控制視頻頭的旋轉，對桿塔、絕緣子、基礎、導線、前后桿塔進行觀察；雷電定位系統在輸電線路的故障查詢中起到了不可忽視的作用，對于確定故障點、縮小查詢范圍起到了指導性作用。

2017 年7 月18 日16 時46 分，某500kV 線路5042、5043 開關重合閘動作，當時當地有雨和強雷，經查詢雷電定位系統，某500kV 線路落雷最近情況如圖3（三角形為落雷點）。某電網雷電信息系統數據在時間16:45:24、16:45:39 時的顯示分別為：電流-16，-24.5；經度111:48:16，111:48:52；緯度36:23:32，36:22:13；回擊1，1；桿號57、58、59，62、63、64；距離684.3，548.7；序號11，12。綜合分析及現場調查后認定此次故障跳閘為雷電繞擊所致，62#為雷擊故障點。

四、更多監測設備

（一）覆冰在線監測系統

輸電線路覆冰時，以GPRS/CDMA 為傳輸通道的在線監測預警系統及數據監測設備將自動監測導線覆冰后的荷載變化、大氣的溫度和濕度、雨量、風速、風向、氣壓及現場圖像等數據信息，通過GPRS/CDMA 的傳輸方式發送至監控中心，根據建立的各種覆冰厚度計算、導線風舞仿真以及覆冰厚度增長率計算等模型，監控中心利用專家軟件來實時分析導線覆冰及風舞情況，及時發出融冰預警信息，防止鐵塔、導線上的覆冰超過安全閾值。2011 年某500kV 線路107#-108#通過現場圖像信息發現導線覆冰10mm，公司領導與運維人員及時進行現場勘查脫冰情況，避免了重大事故的發生，真正將安全隱患消除在萌芽狀態。覆冰在線監測對實際工作起到指導性作用。

（二）鹽密在線監測系統

監測原理：光傳感器測量鹽密是基于介質光波導中的光場分布理論和光能損耗機理。置于大氣中的低損耗石英棒是一個以棒為芯、大氣為包層的多模介質光波導。在石英棒上無污染時，由光波導中的基模和高次模共同傳輸光的能量，其中絕大部分光能在光波導的芯中傳輸，但有少部分光能將沿芯包界面的包層傳輸，光波傳輸過程中光的損耗很??；當石英玻璃棒上有污染時，由于污染物改變了高次模及基模的傳輸條件，同時污染粒子對光能的吸收和散射等產生光能損耗，通過檢測光能參數可計算出傳感器表面鹽分多少。由于傳感器與絕緣子串處于相同環境，因此通過計算可得出絕緣子表面的鹽密值。

通過在線及離線監測裝置或系統及時了解輸電線路運行狀態，為傳統運行和檢修提供了更可靠及時的技術數據，也為狀態巡視、狀態檢修提供了針對性的資料。在應用在線監測設備的實踐中，因為監控設備本身的技術不成熟，還不能完全地提供我們所需的技術能力，且由于經濟上的原因，在選取和使用監測設備上往往會摻雜很多其他因素，所以在多方位開發、使用各類監測設備時，對其也要采取有效的管理手段，使檢修決策工作能夠適合實際的需要和可能。