摘要：输电线路通道环境可视化监测技术研究研究项目从输电线路日常运营管理实际需求出发，综合利用嵌入式集成、智能传感、聚类分析等多项技术，研究一套输电线路组合监测装置，实现典型线路微气象、图像、导线温度、导线舞动等监测功等特征信息的全天候、自动化监测，并建立统一的综合分析和辅助决策软件，为相关人员提供多维、智能的聚类分析、预警和辅助决策支持，对提高供电企业防灾减灾及应急处置能力，提升输电线路运营管理水平具有重要意义。
关键词：输电线路；可视化；监测
1 引言
随着国家电力建设的发展，电网规模不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多，输电线路的巡检和维护越来越表现出分散性大、距离长、难度高等特点。因此对输电线路本体、周边环境以及气象参数的智能化远程监测成为智能电网改造的重要工作，在线监测技术作为智能电网的关键技术之一，是目前智能电网建设的重要研究方向，是实现输电线路状态运行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
近年来，电力系统十分重视输电线路状态检修，投入巨大的人力物力开展输电线路状态检修的研究和试点工作，输电线路状态检修导则、输电线路运行状态评估标准、基于在线监测和GIS的输电线路管理系统相继推出并应用，使输电线路检修模式及运行管理逐步科学化，取得了许多的成功经验，为今后的全面展开打下良好的基础。但这些装置大都只具单一功能，当需要新的监测数据时须安装新的监测装置和相应的后台软件，这样不但造成了重复建设和投资，增大了维护工作量，降低了系统可靠性，且不同厂商和设备间的信息很难交流，兼容性差，限制了监测装置的功效。另一方面，现有的输电线路监测系统大都是对单个设施或监测量的监测，缺乏科学合理的综合状态评估系统，难以对线路的状态作准确的描述，不利于运行或检修计划的制定。因此，亟待建立一个统一的输电线路状态组合监测装置，对影响系统运行的重要状态进行在线监测，帮助线路维护和运行人员全面准确地掌握输电线路的实时运行状态，为输电线路的检修和安全、稳定、可靠运行奠定坚实的基础。
2输电线路监测参量分析
2.1运行环境监测
我国电网具有广域分布、几何尺寸大的特征，架空输电线路网络遍布全国大江南北，大部分位于崇山峻岭之中，这些区域天气变化多端，输电线路极易受到强风、暴雨及高温等
因素的影响[1-6]。
为经受住强风、暴雨及高温等恶劣气候的考验，实时监测输电线路区域的气候环境，对可能出现的气象灾害进行预报，有必要对输电线路区域的环境温度、湿度、风速、风向及雨量进行监测。
2.2 绝缘子监测
随着我国工业的快速发展及环境的不断恶化，输电线路绝缘子表面的污秽沉积物越来越严重。污秽沉积物主要包括工业污秽和自然界盐碱、飞尘等，其中含大量可溶性盐、酸和碱的积尘物是导致绝缘子闪络电压降低的主要因素；另外，在雾、露、融雪和小雨等高湿度天气下，盐类物质易溶解，使绝缘子表面电阻大大降低，造成了绝缘子放电电压明显下降，导致了大量的绝缘子污闪事故[7-9]。另外，绝缘子承受着输电导线的垂直荷重和水平拉力，在输电线路长期运行过程中，绝缘子极易遭受局部受损甚至破碎，上述因素将严重威胁电网的安全运行[10]。因此有必要对与绝缘子相关的状态参量进行监测。
2.3 杆塔监测
我国地理分布广泛，地质条件复杂多样，当输电杆塔位于煤炭开采区域、软土质区域、山坡区域、沙漠地带及河床地带等不良地质区域时，在自然环境和外界条件作用下，杆塔地基极易发生倾斜、振动、滑移和开裂等现象，从而导致杆塔变形与倾斜，甚至倒塔断线[11,12]；同时，输电杆塔大多位于野外，在人烟稀少的偏远地区，塔材被盗事件时有发生，某些地区塔材被盗造成的塔材费用损失甚至超千万，给当地的电力公司造成较大的经济损失[13]。杆塔作为输电的基础，维护杆塔安全并及时发现杆塔存在的隐患是输电线路监测的一个重要内容。因此，有必要对输电杆塔倾斜、振动及位移等状态参量进行监测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.4 输电导线监测
输电导线负重主要包括输电导线自身重量及覆盖物（主要为冰雪和污物），线路负重反应了输电杆塔的载重情况，载重过大，杆塔极易倒塔[14,15]；弧摆和风偏则反应了输电线路受风力时的切向拉力大小，当切向拉力超过杆塔最大承受范围，也会导致杆塔倒塔[16]。线路舞动通常在导线覆冰之后，受到风力作用而产生，是影响线路力学稳定性的重要因素。由于线路舞动的幅度较大，造成了相间闪络、金具损坏，甚至引发输电线路跳闸停电、导线折断及倒塔等严重事故。因此，迫切需要对输电导线上的覆冰、拉力及温度等状态参量进行监测，及时发现线路中存在的隐患，保障输电线路的运行安全[17]。
3 装置设计思路及结构
（1）监测参量
输电线路监测参量众多，监测传感器部署于杆塔上或输电导线上，与监测终端构建基本感知区域，以实现对杆塔周围环境信息感知。
（2）通信方案
为了保证输电线路监测装置与主站之间能够实时正常地通信，本文提出如表2所示的输电线路监测装置的通信方案。由于各种通信技术传输能力不同，在此将监测数据分为两类，一类如视频及高清图片等数据量较大的监测数据，二类如线路摆动频率及覆冰厚度等数据量为几十个字节的关键报文数据。在允许光纤接入、GPRS通讯正常的条件下，应保证一类监测数据正常接入，在不允许光纤接入、GPRS无法正常通讯的条件下，应自动丢弃视频、高清图像等数据，采用北斗卫星导航终端保证二类数据传输。
各相邻杆塔上的监测装置之间采用ZigBee技术实现网络互联，杆塔上的监测终端配置无线路由器以实现各终端监测数据的转发和接收，各相邻杆塔上的监测装置之间采用ZigBee技术实现网络互联，杆塔上的监测装置配置无线路由器以实现数据的转发和接收，进而形成由各杆塔监测装置的相互关联的链式网络，实现监测装置间感知信息的相互感知。如图1所示，为输电线路传感网络数据传输示意图。本文提出了采用无线Mesh网络接力与电力OPGW光传输相结合为主，公共通信网为辅的网络解决方案。如图1所示，此种方案采用两级网络结构，由监测主IED与智能传感器以及手持式接入设备组成星形子网络，各子网之间采用无线Mesh网络结构进行互连；无线Mesh网络将输电线路上多级杆塔信息采用无线中继方式汇聚到OPGW的信息接入点，从而减少了OPGW开口次数。
（3）电源方案
本文提出采用太阳能、蓄电池及高电位感应取能装置为输电线路监测装置及传感器供电，其供电方式与传统的供电方式相比，降低了对环境的过度依赖性，增强了输变电传感器和监测装置的供电可靠性。
4 装置研制
本文根据输电线路的监测需求，研制了输电线路一体化监测装置，其实物如图3所示，监测装置具备对外接口丰富、通讯方式多样化、结构精巧及集成度高等特点。输电线路一体化监测装置的主要监测功能及技术指标。
5 结语
结合对输电线路需要监测的状态参量进行分析，提出了输电线路一体化监测装置的结构及装置间的通信方案；结合实际输电线路状态参量监测需求，研制了输电线路一体化监测装置，其具有较全的监测功能；结合输电线路实际施工需求，开展了输电线路一体化监测装置通信组网应用研究，使分散配置的监测主机实现了相互关联、监测数据共享及信息整合，形成了多种通信方式组合的通信网络，为监测装置数据及命令传送提供了通道和途径。
参考文献:
[1]张金江， 郭创新， 曹一家， 孙 旻， 辛建波， 钱维忠， 杨健． 变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调[J]． 电力系统自动化， 2009， 33(20)： 67-72.
[2]曹一家，何 杰． 黄小庆， 张志丹． 物联网技术在输变电设备状态监测中的应用[J]． 电力科学与技术学报， 2012， 27(3)： 16-27.
[3]曹一家， 刘 毅， 高振兴， 郭创新， 彭明伟． 一种大规模电网故障诊断的多智能体信息融合模型与方法[J]． 电力自动化设备， 2010， 30(7)： 14-18.
[4]陈卓， 刘念， 薄丽雅. 电力设备状态监测与故障诊断[J]. 高电压技术，2005,31（4）：46-48.
论文作者:宫贺1,蒋正虎2,崔大铭3,陈振宇4,寸杰宏5,李
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/20
标签：线路论文; 杆塔论文; 装置论文; 参量论文; 绝缘子论文; 导线论文; 状态论文; 《电力设备》2018年第15期论文;