淺談輸電線路的在線監(jiān)測技術

淺談輸電線路的在線監(jiān)測技術輸電線路在線監(jiān)測是指直接安裝在輸電線路設備上可實時記錄表征設備運行狀態(tài)特征量的測量、傳輸和診斷系統(tǒng)，是實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)檢修的重要手段，是提高輸電線路運行安全可靠性的有效方法。一、輸電線路在線監(jiān)測的必要性在上世紀五十年代，我國電力系統(tǒng)推行定期檢修制度，這種檢修方式的周期、項目等都是建立在傳統(tǒng)經(jīng)驗的基礎上，對設備個體的質量、運行環(huán)境、性能狀態(tài)的差異考慮不全，工作死板教條。存在著檢修周期短、設備停電次數(shù)多、檢修費用高、檢修工作量大、供電可靠性低等問題。隨著超高壓、特高壓輸電線路的不斷建立，這種檢修模式已越來越不適應輸電線路安全性、供電可靠性的要求。因此，我們的在線監(jiān)測技術的運用勢在必行，也是我國電力系統(tǒng)在監(jiān)測和監(jiān)測上的發(fā)展重點。二、 輸電線路在線監(jiān)測技術的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個階段（1） 帶電測試階段。這一階段起始于70年代左右。當時人們僅僅是為了不停電而對輸電線路的某些絕緣參數(shù)（如泄露電流）進行直接測量。設備簡單，測試項目少，靈敏度較差。（2） 從80年代開始，出現(xiàn)各種專用的帶電測試儀器，使在線監(jiān)測技術從傳統(tǒng)的模擬量測試走向數(shù)字化測量，擺脫將儀器直接接入測試回路的傳統(tǒng)測量模式，取而代之的是使用傳感器將被測量的參數(shù)直接轉換成電器信號。（3） 從90年代開始，出現(xiàn)以計算機處理技術為核心的微機多功能絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。利用計算機技術、傳感技術和數(shù)字波形采集與處理技術，實現(xiàn)更多的參數(shù)在線監(jiān)測。這種在線監(jiān)測信息量大、處理速度快，可以對監(jiān)測參數(shù)實時顯示、儲存、打印、遠傳和越線報警，實現(xiàn)了在線監(jiān)測的自動化，代表了當今在線監(jiān)測的發(fā)展方向。三、 輸電線路在線監(jiān)測技術的應用（1） 輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)。目前大多采子用絕緣泄露電流進行絕緣子污穢的判斷，現(xiàn)場運行監(jiān)測分機實時、定時測量運行絕緣子串的表面泄露電流，局部放電脈沖和該桿塔外部環(huán)境條件等，通過電纜或GSM、GPRS、CDMA、3G通信模塊發(fā)送至監(jiān)控中心，由專家軟件結合報警模型進行污穢判斷和預報警。已經(jīng)建立的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡方法、多層前項BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法、多重回歸方法、灰關聯(lián)系統(tǒng)理論、基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡方法等專家診斷模型，在很大程度上提高了絕緣子污穢和電氣絕緣判斷精度。近年來，通過光傳感器測量等值附鹽密度和灰密的在線檢測技術得到迅速發(fā)展。（2） 輸電線路氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)。目前氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測方法主要有全電流法、三次諧波法、基波法、補償法、數(shù)字諧波法、雙“\「'法、基于溫度的測量法等?，F(xiàn)場監(jiān)測分機實時、定時監(jiān)測MOA的泄露電流以及環(huán)境溫濕度等參量，通過GSM、GPRS、CDMA、3G發(fā)送至監(jiān)控中心，有專家軟件分析判斷氧化鋅避雷器的性能和動作次數(shù)等。（3） 導線溫度及動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)。目前增容方法主要有靜態(tài)提溫增容技術和動態(tài)監(jiān)測增容技術兩種。靜態(tài)提溫增容技術是指突破現(xiàn)行技術規(guī)程的規(guī)定，環(huán)境溫度任按+40'C考慮，線路上的風速和日照強度完全符合規(guī)程要求，將導線的允許溫度由現(xiàn)行規(guī)定的+70C提高到80C和90C，從而提高導線輸送能量。動態(tài)監(jiān)測增容技術是指在輸電線路上安裝在線監(jiān)測分機，對導線狀態(tài)（導線溫度、張力、弧垂等），和氣象條件（環(huán)境溫度、日照、風速等）進行監(jiān)測，在不突破現(xiàn)行技術規(guī)程規(guī)定的前提下，根據(jù)數(shù)學模型計算出導線的最大允許載流量，充分利用線路客觀存在的隱性容量，提高輸電線路的輸送能量。（4） 輸電線路遠程可視監(jiān)控系統(tǒng)。目前可視監(jiān)控系統(tǒng)分為圖像和視屏兩類，受監(jiān)測分機工作電源功率、通信費用等限制，大多采用靜止圖像進行線路狀況判斷，例如導線覆冰、洪水沖刷、不良地質、火災、通道樹木長高、線路大跨越、導線懸掛異物、線路周圍建筑施工、塔材被盜等，利用GPRS網(wǎng)絡進行圖像數(shù)據(jù)傳輸；但針對導線舞動等動態(tài)信息的監(jiān)測建議采用視頻監(jiān)控的方式，利用CDMA網(wǎng)絡進行視屏數(shù)據(jù)傳輸，同時3G網(wǎng)絡的建設將促使無線視頻技術的應用，為輸電線路的巡視及狀態(tài)檢修開辟了一條新的思路。（5） 輸電線路覆冰雪在線監(jiān)測系統(tǒng)。目前國內為大多進行覆冰理論、冰閃機理、和桿塔強度設計等方面的研究工作，建立了大量的觀冰站、氣象站進行現(xiàn)場觀察和數(shù)據(jù)收集，研究了大量預報結冰事件、導線除冰、地線除冰等技術，但針對覆冰雪在線監(jiān)測技術的研究較少，而2008年的冰災事故迅速促進了覆冰雪在線監(jiān)測技術的研發(fā)和應用。覆冰雪在線監(jiān)測的技術主要有兩個：一是根據(jù)線路導線覆冰后的重量變化以及絕緣子的傾斜、風偏角進行覆冰荷載（覆冰厚度、桿塔受力、導線應力等）計算，直接與線路設計參數(shù)比較給出報警信息；二是采用現(xiàn)場圖像對線路覆冰雪進行定性觀測和分析。建議可將覆冰荷載計算和圖像結合起來，這樣可提高覆冰雪的監(jiān)測精度。（6） 輸電線路防盜報警監(jiān)測系統(tǒng)。早期設計的防盜報警主要基于紅外探測（被動式紅外報警器）、聲控探測、斷線報警監(jiān)測等原理。近年來，國內外研發(fā)了諸多新型的桿塔防盜報警系統(tǒng)，如微波感應式防盜系統(tǒng)、基于加速傳感器防盜系統(tǒng)、基于振動傳感器和雷達探測器的防盜系統(tǒng)、感應式防盜系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)的構成基本相似，整個系統(tǒng)由監(jiān)測分機、監(jiān)控中心、巡檢人員組成。在每基桿塔上安裝一臺監(jiān)測分機，監(jiān)測分機是由前端傳感器部分和單片機或DSP處理部分組成，實時監(jiān)測桿塔周圍移動物體的狀態(tài)信息，確定可能發(fā)生被盜的桿塔線路、位置、時間，并及時通知巡檢人員。四、 輸電線路在線監(jiān)測存在的問題輸電線路在線監(jiān)測技術的推廣應用，對電力系統(tǒng)的安全運行起到了積極作用，供電部門積極推行狀態(tài)檢修，減輕了設備檢修工作量，提高了電網(wǎng)運行的可靠性。但是，由于技術的復雜性和電氣設備的多樣性，尚有一些問題值得研究和商鶴。（1） 傳感器的特性和質量是在線監(jiān)測的關鍵。目前常用線圈式傳感器，易受溫度、壓力、沖擊等外界環(huán)境的影響，是影響測試精度和穩(wěn)定性的重要因素。所以研制高精度、高穩(wěn)定的傳感器仍是在線監(jiān)測的一個研究課題。（2） 干擾問題。由于高壓電氣設備處在強電場環(huán)境中，使微量信號的采集難度增大。（3） 對設備制造廠家提出在線監(jiān)測技術要求。目前的高壓電氣設備均未考慮在線監(jiān)測問題，都是在線監(jiān)測設備廠家針對運行站內設備情況進行設計并安裝。運行設備有的可以安裝和抽取信號，有的則不能。（4） 積累運行經(jīng)驗，完善專家系統(tǒng)，制定監(jiān)測標準。輸電線路在線監(jiān)測的各項參數(shù)往往與停電測試結果有一個“偏差”，但這個“偏差”往往存在一定規(guī)律，只要積累數(shù)據(jù)，加以分析就不難發(fā)現(xiàn)，并可以此為依據(jù)對照預防性試驗標準設定報警值，當設備絕緣參數(shù)超越報警值時，系統(tǒng)自動報警。完善專家系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫，強化分析功能，制定監(jiān)測標準仍是目前亟待解決的問題。（5） 在線監(jiān)測的管理問題。要實行狀態(tài)檢修，必須要有能描述狀態(tài)的準確數(shù)據(jù)，即要有大量的有效信息用于分析與決策，這就涉及狀態(tài)數(shù)據(jù)管理。然而輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)涉及大量的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)關系復雜、種類繁多，主要分為三大部分:一是大量輸電線路的屬性數(shù)據(jù)，如線路設計條件、運行年限、設備健康狀況、地質、地貌、設備危險點、施工圖和施工錄像等；二是運行管理的各種申請、審批報表等；三是在線監(jiān)測設備提供線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，如運行絕緣子表面的泄露電路、導線溫度、導線舞動頻率、桿塔現(xiàn)場圖片以及環(huán)境溫度、濕度、風向、雨量及大氣壓力等。如何將眾多數(shù)據(jù)進行有效的存儲，管理和利用是輸電線路狀態(tài)運行管理考慮的首要問題，也是很難解決的問題。五、 總結輸電線路在線監(jiān)測技術能夠及時發(fā)現(xiàn)和檢測出輸電線路各項狀態(tài)的變化，對故障及時處理，保證電網(wǎng)的安全運行。應當進一步推廣使用在線監(jiān)測技術，積累運行經(jīng)驗，積極推行電氣設備狀態(tài)檢修?，F(xiàn)階段無線通訊技術、計算機技術、傳感器技術的發(fā)展為在線監(jiān)測技術的發(fā)展提供了有力的保證，為實施超高壓電力線路在線監(jiān)測技術提供了條件。但目前輸電線路狀態(tài)檢修還不能僅完全依賴在線監(jiān)測的結果，一是在線監(jiān)測系統(tǒng)本身還處于研發(fā)及試運行階段；二是在線診斷的專家系統(tǒng)還處于不斷完善的過程；三是設備老化及壽命預測的研究還處于初期階段；四是在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術標準、診斷導則以及專家系統(tǒng)的智能化程度尚有一個形成及發(fā)展過程。目前及相當長的一段時間內，需要系統(tǒng)深入的不斷總結和分析設備狀態(tài)所積累的大量診斷數(shù)據(jù)，制定出各種設備、各種自然災害的診斷標準和使用導則，經(jīng)過若干年的實踐與修訂后，再與在線監(jiān)測結果進行全面的分析對比，才可能計入真正的狀態(tài)在線監(jiān)測新階段。這個漫長過程還需要多少時間，關鍵取決于在線監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確靈敏度、智能程度及滿足工程需要的工藝水平。盡管人們對輸