特高壓輸電線路在線監測技術應用

李 程

（國網湖北咸寧市咸安區供電公司，湖北 咸寧 437000）

0 引言

隨著社會工業的快速發展和人們生活水平的不斷提升，社會對電能的依賴程度越來越高，且用電量越來越大。近年來我國在電力領域有了突飛猛進的發展，特別是特高壓輸電領域走在了世界前列。由于特高壓輸電線路須要在野外運行，容易受環境因素的影響，易出現各類故障，影響輸電線路的運行穩定性和可靠性，降低人們的用電體驗。利用先進的在線監測技術對特高壓輸電線路運行過程中的狀態信息參數進行采集，基于采集結果開展深入分析研究，進而發現線路中潛在的安全問題和故障隱患，是提升輸電線路運行穩定性、可靠性的重要措施和手段。本文以特高壓輸電線路為研究對象，對在線監測系統進行了簡要介紹，重點研究了相關監測技術應用情況。

1 特高壓輸電線路在線監測系統概述

當前智能領域得到了快速發展，在特高壓輸電線路監測系統中引入智能物聯網技術，能夠提升系統的運行效率。如圖1 所示為基于智能物聯網技術的監測系統的應用框架結構圖。由圖1 可知系統分為3 個層級，分別為數據采集層、數據傳輸層和數據應用層。在采集層設置了多功能監測基站，利用太陽能板進行供電，在應用層設置了監控中心。采集層主要是利用各類傳感器對特高壓輸電線路周圍環境及自身運行狀態信息進行采集，多功能監測基站將所有傳感器采集的數據信息進行收集。采集的數據信息通過數據傳輸層上傳至數據服務器中心，利用系統的算法程序對數據進行綜合分析處理，從而感知特高壓輸電線路的運行狀態，研判是否存在故障或者安全隱患[1]。若存在問題系統會發出報警信號，工作人員根據報警信號及時處理問題，將隱患扼殺在萌芽階段，或者盡可能縮小故障的影響范圍。

圖1 特高壓輸電線路在線監測系統

系統通信方面，考慮到特高壓輸電線路全部分布在野外，不方便利用有線方式進行數據傳輸，因此數據傳輸大部分基于無線形式進行。數據采集層與多功能監測基站之間基于ZigBee 無線網絡進行數據傳輸，基站與監控中心之間4G/5G 網絡進行數據傳輸。

2 關鍵在線監測技術的應用

隨著在線監測技術的不斷發展，未來在特高壓輸電線路中使用的監測技術必然越來越多，會越來越成熟，本文主要對當前使用較多的在線監測技術進行介紹。

2.1 線路附近氣象監測技術

我國社會對用電的需求量呈快速增加的趨勢，對供電質量要求也是日益提升。很多特高壓輸電線路須要穿過地形非常復雜的地區，且長時間在野外運行，其工作環境非常惡劣，使得輸電線路面臨比較大的安全和故障風險。特高壓輸電線路運行時，附近的氣候條件是影響運行穩定性和可靠性的重要因素，所以有必要對輸電線路附近的氣候條件指標進行實時采集，以便對由于氣候引起的災害問題進行有效預防?？梢圆杉臍夂颦h境指標主要包括溫度、濕度、風速、風向、雨量、日照等[2]。如表1所示為氣候環境在線監測使用的傳感器及相關技術指標。

表1 氣候環境在線監測使用的傳感器及技術指標

2.2 輸電線路視頻圖像監控技術

特高壓輸電線路很多分布在地形復雜、環境惡劣的地區，如果利用傳統方法進行巡檢，會花費很多人力、物力、財力，且風險較高。利用當前使用比較多的視頻圖像監控技術，能夠大幅度降低勞動強度，工地巡檢時的風險，并且可以對周圍環境實現24 h 監控。監控得到的視頻圖像經過壓縮后，通過無線網絡上傳，在服務器中心對視頻進行解析，工作人員可以實時掌控輸電線路的運行狀態。視頻監控主要功能有：觀察地線、導線的覆冰狀態，觀察容易塌方或者滑坡區域的狀態，觀測容易受到人為破壞區域的狀態，觀察輸電線路周圍樹木、竹子等的生長情況，觀察絕緣子、塔體、導線等關鍵結構部件的異常狀態，觀察大跨越區的環境情況，觀察偏遠區域變電站的運行狀態。可以用于視頻監控的相機工作原理分2 類，分別為CCD 和CMOS，其俯仰角度可以在0°～90°范圍變化，水平旋轉角度可以在0°～355°范圍變化，像素數超過704 × 576，且可以通過遠程方式對光圈、焦距、色度、對比度等技術參數進行調整。

2.3 輸電線路桿塔傾斜監測技術

桿塔是輸電線路中的重要構成部分，工作時輸電線路會對桿塔產生一定的作用力。但是受到附近地質環境以及氣候條件的影響，桿塔基礎可能會出現沉降，甚至山體滑坡等難以預料的問題，進而威脅輸電線路的安全運行。工程實踐經驗表明，輸電線路在風的作用下如果長時間沿一個方向舞動，會導致桿塔受力不均勻引發桿塔傾斜；桿塔本體出現裂紋或其他變形問題導致桿塔傾斜；自然地質災害可能導致桿塔發生傾斜。但是桿塔從傾斜到最終倒塌是一個緩慢的過程，如果能及時發現并處理完全可以規避風險。所以通過對桿塔傾斜狀態的持續監測，及時發現安全隱患，可以大幅度降低由于桿塔倒塌造成的危害及經濟損失[3]。在對桿塔傾斜度進行監測的過程中，須要綜合考慮風速、桿塔高度等因素對潛在的傾斜趨勢進行準確預測計算，評估倒塌的風險程度，在此基礎上系統向外發出報警信號。該環節使用的傳感器主要是傾角傳感器，工作原理分為壓阻技術原理、電容效應原理、熱氣泡原理以及光效應原理等，監測范圍為雙軸±20°，精度須控制在±0.05°范圍內，分辨率可達到0.01°。

2.4 輸電線路覆冰預警監測技術

冬季野外的氣溫比較低，特別是在山區溫度會在0 ℃以下。如果遇到雨雪天氣，輸電線路上不可避免地會出現覆冰現象，覆冰會增加輸電線路的整體質量，嚴重時導致絕緣子出現閃絡，引起故障跳閘問題。另外會加速相關結構件的疲勞損傷，縮短其使用壽命。在輸電線路覆冰的工況條件下，一旦出現故障問題，會延長故障處理時間，或者擴大故障影響范圍。世界范圍內已經出現了多起由于線路覆冰引起的輸電故障，造成了不好的社會影響。對覆冰問題進行預警監測主要通過間接方式進行，因為在輸電線路出現覆冰的情況下會導致絕緣子拉力、傾角等出現變化，通過對傾角和拉力的監測能間接反映覆冰的嚴重程度?；谏鲜霰O測得到的數據信息，結合氣候環境狀態參數，可以對導線覆冰厚度進行研判，然后結合實際情況給出針對性的覆冰防治措施[4]。使用的拉力傳感器主要是用彈性元件進行檢測，檢測范圍為2%～100% FS，在該階段為線性工作區間，精度可以達到0.2 及以上。使用的傾角傳感器工作原理包括壓阻技術、電容效應、熱氣泡效應以及光效應等，監測范圍要求達到雙軸≥±70?，精度須控制在±0.1°范圍，分辨率為0.01°。

2.5 輸電線路微風振動監測技術

當特高壓輸電線路周圍存在風時，在風力影響下線路會出現一定的振動現象，當風力作用引起的振動頻率與線路固有頻率接近時會出現共振問題，進而導致輸電線路出現斷股，輕者影響特高壓輸電過程的穩定性，嚴重時引發安全事故，造成巨大經濟損失。針對微風引起的振動問題，很多學者開展了一定的理論和實踐研究，并將研究成果應用到工程實踐中，取得了很好的效果，使得微風引起的振動危害性大幅度降低，但到目前為止無法從根本上抑制微風振動問題。所以須要對輸電線路的微風振動過程進行持續監測，基于監測結果進行研究以便采取針對性的措施抑制振動現象。實踐中須要利用加速度傳感器對輸電線路振動現象進行監測，可以對振動加速度、振幅以及頻率等關鍵參數實現監測[5]。基于監測結果并結合氣候環境數據信息，可以對輸電導線的疲勞損傷程度實施預測，獲得導線的使用壽命數據信息，為導線運行維護提供有效理論指導，降低輸電導線發生安全事故的概率。加速度可以使用壓電式加速度傳感器，其中振動加速度的監測范圍為±5g，振動幅度監測范圍為0～15 mm，振動頻率范圍為0～20 Hz，檢測的精度可以達到±5%。

2.6 絕緣子污穢監測技術

絕緣子是特高壓輸電線路重要的構成部分，但是絕緣子長時間在室外工作，如果環境質量較差，很容易對絕緣子產生污染，影響絕緣子的性能，尤其是絕緣性能，威脅特高壓輸電線路的運行安全性?；诖?，須要對絕緣子的污穢狀態進行在線監測，基本原理是對絕緣子的表面狀態進行測量，根據相關數據代入理論模型進行計算分析，判斷絕緣子表面實際情況。比如漏電電流是反映絕緣子污穢程度的重要指標，可以檢測漏電電流大小及其分布情況，進而判斷絕緣子的表面狀態。相關計算過程可以利用系統中內置的算法程序進行處理即可。

3 結束語

受到周圍環境因素的影響，特高壓輸電線路運行過程中的故障率通常比較高?；诖?，通過先進的在線監測技術，對輸電線路的運行狀態信息參數進行實時采集并分析，及時掌握輸電線路的情況，能極大降低線路的故障率，提升特高壓輸電線路的運行穩定性和可靠性。目前使用較多的監測技術包括環境參數監測技術、桿塔傾斜監測技術、線路覆冰監測技術、圖像視頻監測技術等。本文主要對當前常見的狀態監測技術進行了介紹，分析了在特高壓輸電線路中的應用。