高壓架空輸電線路與變電站監測研究

程占濤

（山東廣大工程咨詢有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

在經濟快速發展的時期，社會對電力能源的需求逐漸增加，如何保證電力傳輸的安全性和穩定性成為相關領域的研究熱點。而信息化和智能化技術的應用，有助于推動電網朝現代化的方向發展。由此，研究高壓架空輸電線路與變電站監測具有十分重要的意義。

1 高壓架空輸電線路視頻監測系統分析

1.1 系統和結構分析

高壓架空輸電線路視頻監控系統，主要是以傳統電網結構為基礎，通過無線監控裝置的設置，實現對線路危險點的全方位監控。同時，可以檢驗線路的各種傳輸故障，如閃爍、舞動、二次回流及漏電等。電力企業根據監控信息，即可確定故障類型，并予以針對性處理。以筆者所參與的項目為例，該輸電線路視頻監控系統的組成部分如下：一是輸電線路終端監控裝置；二是線路監控總站；三是智能屏幕；四是警報提示裝置；五是無線寬帶傳輸渠道；六是軟件系統；七是光纖通信渠道。接下來，對其硬件和內部程序分別展開分析。

1.1.1 硬件設備

需要在監測系統外部設置電路檢驗裝置，用于檢測線路中傳輸的電流。若線路電流傳輸無異常，則設備所檢測的信號會趨于穩定，否則監控系統發出的信號會存在明顯的波動。在這個過程中，監控中心的工作人員可將智能屏幕作為媒介，獲取監控信號。此外，如果線路檢驗未發現異常，則監控屏幕會同時顯示多個位置的監控狀態；如果發現故障線路，則整個屏幕僅會顯示故障線路的監控圖像。同時，警報終端會發出警報，提醒工作人員及時處理故障[1]。

1.1.2 內部程序

依托計算機編程語言，完成對主體線路監控模式的建立，具有信息接收功能。信息來源為外部監控終端。若輸電線路的電流傳輸較為穩定，則線路傳輸過程中設備會反饋穩定的高壓和電流波，此時程序所執行的命令為cycle，之后系統會正常監控電力線路；若線路發生故障，系統會依托網際互連協議（Internet Protocol，IP）網絡傳輸渠道，向監控中心反饋故障信息，然后利用光纖大數據對信息加以記錄，并做出初步的分析診斷。通過故障瞬時性處理方式的運用，可以有效控制故障影響范圍。以閃絡故障為例，閃絡定位裝置可以通過終端對線路閃絡問題進行視頻監控，并在此基礎上集中反饋引發此類故障的條件。

1.2 系統應用優勢

相較于傳統的監測技術，視頻監控系統的功能更加完善，可以實現對高壓架空輸電線路的全方位監測，有利于在第一時間發現和分析異常，降低故障的發生概率。同時，系統能通過對多種先進技術的應用，建立完整的傳輸模式，因此數據傳輸效率極高，并且利用程序化監控裝置處理故障，能夠減少人工排查時間和強度，在減輕工作人員工作量的同時，節省成本[2]。

2 系統應用實踐

2.1 布設神經網絡

在系統應用階段，神經網絡布設尤為關鍵，屬于基礎內容。以本項目為例，在對線路A 段監控信息反饋時，各區域神經網絡布設需要將該線路和元件數量作為依據。之后，通過加權處理的方式，計算線路電壓傳輸總值，最后得到加權計算值。若該值的循環結果為1，則表明該區域的線路存在故障，此時需要檢測該段的全部線路；若結果輸出為0，則表明該段線路無故障。

2.2 線路監控站運行

線路監控站屬于系統的核心，將高架線路設計作為依據，可將其分成多個區域，如絕緣子電壓傳感器、電流互感器、環境感應裝置等。在終端對輸電信息進行反饋后，監控程序會基于反饋信息內容的差別，向不同裝置傳輸信息，并以云空間平臺作為媒介實施監控。若檢測到某個裝置故障，則會在第一時間內發出警報，同時監控系統會切斷故障線路，在限制故障波及范圍的基礎上，實現對故障線路的跟蹤處理。

此外，監控站能夠依托大數據通道，對監控信號做一系列的處理。以本項目為例，該區域有3 條高架主體數據傳輸通道，按照設定時間向檢測終端反饋信息，而終端在接收檢測信息后，會向視頻終端傳輸，由其直觀展示在工作人員眼前，時長為2 h。之后，新線路信號生成的視頻會覆蓋原有視頻，但原有視頻信號會以數字編碼的形式，保存于記錄空間。系統會以1 個月為周期，對比數據，判斷線路是否存在異常。由此可見，監控系統的應用，可以提高故障檢測效率和質量大幅度。

2.3 信息傳輸

信息傳輸渠道較多，具體如下。對于IP 網絡傳輸渠道，監控系統在設計過程中對計算機編程執行命令加以運用，故具有數據監控傳輸的特點。其中，IP網絡傳輸渠道可以檢驗與合并信息，還可以傳輸小區域信息，屬于基礎信息傳輸方式。光纖和路由傳輸方式的應用，可以保障信息傳輸的安全性和穩定性，是對信息傳輸方式的補充[3]。

2.4 組建信息模式

在監控系統的應用過程中，為使線路檢測結果的精確性和安全性得到保證，本項目狀態監測代理裝置的通信程序設計由2 個部分構成，分別為通信規約和通信軟件任務。以文章研究的監控系統為例，代理裝置與主站之間相互通信時，對國家電網公司頒布的通信規約予以應用，具體內容包括傳輸數據時應用二進制字節，并在報文校驗的過程中對CRC16 算法加以利用[4]。

3 智能變電站繼電保護在線監測系統設計

相較于傳統變電站繼電保護裝置而言，智能繼電保護在線監測系統可以連續監測變電站數據，同時具有識別關鍵信息的功能。

3.1 狀態監測

3.1.1 監測信息

智能設備的應用可以實現對變電站繼電保護設備的全天候監測，還可以生成相應的數據信息。為最大限度實現設備價值，應向計算機上傳設備數據，主要包括電源、自檢、光強、統計及溫度信息等。

3.1.2 信息傳輸方式

實際工程中，合并單元和智能終端所處的位置是過程層。在分析數據的過程中，監測信息無法直接上傳，為使數據實時傳輸，通常會采取有效的方式，達成數據實時上傳和監測的目標。

（1）依托測控裝置完成數據發送。監測信息會以面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）為媒介，向測控裝置發送報文，之后由該裝置向監測系統上報數據。（2）利用網絡分析儀。在監測階段，該裝置可以捕捉具有價值的信息，并予以分析，在此基礎上，依托終端發送數據。在實踐階段，通常會綜合利用上述傳輸方式，若信息要求較低，可利用周期長的過程，反之則加快信息傳輸速度。

3.2 二次回路在線監測

3.2.1 物理鏈路

依據IEC 61850 標準，智能變電站的結構主要被分為3 層，分別為站控層、間隔層以及過程層，同時借助GOOESE 和制造報文規范（Manufacturing Message Specification，MMS）傳輸與共享變電站內部設備的信息。接下來，對二次回路在線檢測系統的物理鏈路加以分析，具體內容如下。

物理鏈路的通信在線監測需要明確拓撲信息。即使采取差異化的通信方式，智能變電站保護系統需要采取合理的方式，保證系統的協調性[4]。如果電源存在異常，則光纖網絡通信無法正常運行；如果接口插件出現異常，則光纖網絡通信也存在異常；如果某個光纖接口存在異常，則該光纖接口通信同樣會發生異常。

在整個光纖鏈路中，接收方具有監視能力，若光纖鏈路發生異常，則接收方無法獲取數據信息。在此基礎上，即可準確判斷故障是否發生，但無法定位故障位置。

3.2.2 邏輯鏈路

智能變電站所遵循的標準為IEC 61850，而SCD文件則會在系統配置后自動生成，用于描述整個變電站所有設備的信息。在系統配置工具中導入SCD文件，便可建立智能電子設備（Intelligent Electronic Device，IED）實例，同時完成地址分配和數據配置的相互關聯。在該過程中，邏輯節點還會綁定一次設備。故在SCD文件中，存在與智能變電站運行安全有關的信息，分別為設備模型、功能、產品視圖以及數據流等。

智能變電站二次回路的流程較多，具體如圖1所示。一是將SCD 文件轉化為被系統識別的文件；二是解析文件，在發送文件的同時接收文件；三是剖析數據。在文件配置的過程中，所采用的機制為循環冗余校驗。該機制的應用，可以保證內容的完整性，但無法判定配置文件是否準確。智能變電站在線監測模式的運行過程中，物理鏈路、網絡通信會同時發揮作用，保證配置文件和SCD 文件一致性[5]。在SV 實施數據交換的階段，可以將物理地址（Media Access Control，MAC）和AppID 作為媒介，其中AppID 屬于COM 下的一個子鍵，可以判斷報文中信息是否為自己所需。完成對信息的識別，同時體現數據之間的關聯性。

圖1 二次回路流程

4 結 論

高壓架空輸電線路相較于普通輸電線路而言，其運行環境更加惡劣，檢修難度大，故應用傳統監測和檢修方式會浪費大量人力資源，增加成本，且監測效率和質量難以得到保證。基于此，文章對高壓架空輸電線路視頻監控系統進行研究，研究結果表明，該系統可以展示輸電線路的運行狀態，并具有警報和自動檢修功能，應用效果極為顯著。此外，針對智能變電站二次回路，設計間隔二次回路可視化監測系統，以此保證電網運行安全。