摘要：由于我国地理环境比较复杂，地质条件比较多变，因此很多高压输电线路的杆塔有可能建立在地质比较松软或者容易发生自然灾害的地带，导致输电线路杆塔有可能受到地理环境的影响，而不能正常的输电。因此，对于高压输电线路的杆塔监测技术的研究及应用在电力行业至关重要。
关键词：高压输电线路；无线专网；安全监测
随着智能电网的不断建设，电力系统互联性增强，电压等级的不断升高，如何保证远距离、大容量输电线路的安全可靠运行，防止大停电事故的发生受到越来越广泛的关注[1]。高压输电线路主要采用架空线，受自重、温度、风力、冰雪等自然因素的影响较大，还可能受到气体的侵蚀，且由于铺设范围较广，管理难度大，易发生杆塔被盗事件，上述因素容易导致输电线路安全形成隐患[1，2]。
传统的输电线路检查能够发现部分设备的安全隐患，但对维护人员的依赖性较大，且缺乏对环境和气候等自然因素的检测，此外还存在巡视真空期，无法掌握线路的实时变化，及时检测出可能出现的线路安全事故。因此，实行实时在线检测，对于保证输电线路的安全稳定运行具有重要意义[5]。
1 研究背景及简介
由于我国地理环境比较复杂，地质条件比较多变，因此很多高压输电线路的杆塔有可能建立在地质比较松软或者容易发生自然灾害的地带，导致输电线路杆塔有可能受到地理环境的影响，而不能正常的输电。因此，对于高压输电线路的杆塔监测技术的研究及应用在电力行业至关重要。此项研究主要利用红外摄像技术、无线传输技术对监测到数据实时传输给到远端监控中心，利用专业的分析软件对数据进行分析对比，进行预警。在整个电力系统的运行过程种方法，输电线路所起到的作用是不言而喻的，而输电线路由于其具有线路长和跨度大等特点，是电力故障的多发环节。因为在输电线路中涉及到对各种绝缘附件以及金属配件的使用和管理，并且由于其处于自然环境中，经常会受到各种自然灾害和极端天气的考验。因此，做好输电线路的运行状态的实时监测，对于保证整个电力系统的正常运行有着非常重要的意义，而就目前我国的电力系统的检修来看，在线监测是一种比较可靠的方式，可以起到一定的预防作用，减少各种安全事故的发展几率，降低其运行风险。在线监测的主要的特点在于其能够根据输电线路的目前运行的各项信息，对其状态进行评价，并识别和判断其中是否存在安全隐患，以及该隐患的位置和程度，可以为有关管理部门提供一个较为详实和可靠的安全防护信息。
2 输电线路在线监测
常用的输电线路在线监测方法主要包括导线温度、弧垂监测，微气象监测，微风振动监测，导线舞动监测，杆塔倾斜监测，等值覆冰厚度监测，绝缘子在线监测等。
2.1 导线温度、弧垂监测
导线温度监测一般采用铂电阻或热敏电阻等传感器，以避免运行线路导线或者金具过热；此外，采用该传感器可采集相应数据信息，以实现线路动态增容。
导线弧垂监测一般采用激光传感器等，可避免输电线路对地安全距离不足的缺陷，同时还可提供预警信息以供状态监测。
2.2 微气象监测
输电线路沿线出现大风、暴雨等恶劣天气时，由于风速、风向、湿度等环境因素的影响，可能导致杆塔倾斜、开关跳闸等事故的发生，严重时可能引起大面积停电。为此需要对线路运行的相关参数进行有效监测，为线路运行积累资料，同时为线路的规划运行奠定基础[3，4]。
2.3 微风振动监测
微风振动对架空线路所造成的破坏具有很强的隐蔽性，破坏性的长期积累易造成线路疲劳断股。为消除微风振动所带来的隐患，采取相应的改进措施，有必要对微风振动进行在线监测，以便为线路设计提供依据[7]。
2.4 导线舞动监测
架空输电线路运行过程中，可能由于自然环境因素等原因导致多种灾害事故的发生。尤其是在大风、冰雪等极端气候条件下，输电线路严重覆冰和积雪会引起绝缘子闪络、线路跳闸、断线、倒塔、导线舞动和通信中断等事故。其中，线路舞动影响较大，可能严重损害线路，造成金具断裂，导线落地，塔材、螺丝变形、折断，引起大面积停电[9，18]。为此，可对线路进行舞动监测并及时预警，以便梳理线路舞动的特点及规律，提出舞动防止措施，避免线路舞动对铁塔、金具等相关设备的破坏。
2.5 杆塔倾斜监测
泥石流、暴雨等自然灾害或人为因素均可能引起地面裂缝、山体崩塌等事故发生，易导致杆塔倾斜，严重影响输电线路的安全可靠运行[10]。为及时掌握杆塔倾斜特点，分析倾斜原因，及时整改保证线路安全运行，有必要采用传感器对其进行在线监测，以便收集数据信息供状态监测使用。
2.6 等值覆冰厚度监测
为防止线路冰闪、断线等事故的发生，需要对输电线路进行覆冰监测，采集相应数据信息并对其进行分析，实现对线路冰害事故的提前预测，并及时向运行操作人员发送报警信息[10，14]。
常用的输电线路覆冰在线监测方法主要包括两种：称重法或倾角法[3]。
（1）称重法。经线路拉力监测来反映线路覆冰状况。该方法通过拉力传感器对导线覆冰后的受力状态进行监测，同时对温度、湿度、风速、风向等环境参数进行采集，并将所收集数据传递到监控中心，经理论分析计算后，得出线路冰情预报，及时给出除冰预警。（2）倾角法。该方法结合所采集的导线倾斜角度、弧垂等参数，线路及气象环境参数，经计算分析得出导线覆冰技术参数，判定覆冰危险等级，并及时给出除冰信息。但上述两种方法存在一定缺陷，均无法给出档内各段导线的覆冰形态，计算出的导线覆冰厚度是档内覆冰厚度均值[10]。
2.7 电量检测法，通过无线传输与有线传输相结合，将数据传输到数据总站，运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析，对绝缘子的积污状况作出评估和预测。
系统采用低功耗设计，可以在阴雨天气下连续工作30天；在数据采集模块，采用先进的集流环从绝缘子串的最后一片绝缘子上采集电流，使用模拟滤波和数字滤波后分两路分别采集泄漏电流和脉冲频次，采样速率可达100kHz，分辨率达到10pA；在中央处理模块，使用了TI公司的高速DSP-TMS32OF2812作为系统的CPU，选用了SM的Flash-AT45DB081B来存储系统参数和数据，可以保证在通讯中断时，保存30天的数据不丢失。在监控中心，接收数据后，通过友好的人机界面展示数据，在数据库中保存数据，通过专家分析系统作出历史数据曲线用以分析绝缘子状态，同时还设定了为筹备浙江省以及全国绝缘子在线污秽监测信息中心预留接口。
3 高压输电线路带电检测方法
3.1 紫外检测
紫外检测技术通过采集紫外线信号，并将所采集信号与可见光信号进行对比，以确定电晕放电的位置及发生强度[10]。
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紫外检测的检测效率较高，且灵敏度较好，能够较好地发现导线损伤、绝缘子缺陷等，同时可以明确发生故障的部位及故障严重程度；且该检测方法实现较为简单，便于操作，同时不受环境因素制约[10]。
3.2 红外检测
红外检测通过接受设备所辐射出的红外信号，判定设备是否发生故障、故障部位及严重程度。红外检测能够有效检测出不同设备所发生的过热故障、绝缘故障及设备缺陷等，且其操作较为方便，效率较高。[10]。
3.3 超声波检测
超声波检测一般用于检测复合绝缘子芯棒是否出现裂纹。主要利用超声波在不同介质界面所发生的反射、折射和模式交换等现象，判断是否出现对绝缘子裂纹，并准确判断裂纹所发生的位置。超声波检测操作便捷，且抗干扰能力较强；但该方法存在耦合、衰减等问题，主要用于实验室鉴定等方面，其远距离检测仍需进一步研究[10]。3.4 电场法检测
电场法通过电场分布测量来确定绝缘子的内部绝缘缺陷。正常运行状态下，绝缘子中电场强度及电势的变化曲线较为光滑，一旦绝缘子存在缺陷，相应电场会发生畸变。为此，可通过绝缘子串电场分布测量判别绝缘导通性故障。
随着传感器、数据传输、数据处理等技术的不断发展，输电线路状态检测技术在国内有了较大提高。现阶段，华中、华北、山西等地电网的输电线路上大量装设了在线监测装置，对微风振动、导线温度、风偏、覆冰、舞动、杆塔倾斜、绝缘子污秽度等进行集中监测[3]。
4 系统的实施方案
电力无线专网平台使用了业界领先的基于IT平台的软件无线电技术。在无线边缘设备侧，使用基于开放IT硬件架构搭建软件无线电基站，从而可以十分灵活、快速及低成本地实现无线基站系统。无须依赖于ASIC芯片方案，因此所有对于无线系统的优化设计都可以很方便的使用软件实现。相比起业界同期技术，本平台明显具有业界领先性。基于本平台所构建的无线宽带专网，其性能（如覆盖范围、抗干扰能力等）也明显优于其它业界产品和技术。
此外，在软件无线电的基础上，无线边缘设备可以通过虚拟机的方式，在同一硬件平台上支持起多个软件设备，如边缘网关、防火墙等。使得一个硬件平台，具备除了软件无线电基站之外的多项其它功能。为客户减少硬件设备投资、减少设备环境的复杂性、降低运维成本。
5 在线监测系统的维护与完善
如今输电线路在线监测系统已经成为有关部门电力监控与调度掌握第一手数据资料的重要来源，尽管如此，该项技术仍有不足之处，需要在实际应用中加以完善，使其发挥更大的作用。
5.1 加强监测系统本身的维护工作
通常在使用在线监测系统进行电力监测时，需要在区调区内设置很多监测点，导致了系统相当复杂错乱，针对这种情况，为了防止系统频繁出现故障，一般会由指派的技术人员专门对系统进行维护，然而这项工作需要耗费不少的人力和财力，使得输电线路在线监测技术的经济性大打折扣，为此，必须增强在线监测系统的稳定性，开发远程维护技术，以减小维护成本和工作量，实现该技术更大的利用价值。
5.2 加强调度人员对于检测系统的培训工作
在没有引进在线监控技术以前，调度人员一般是根据巡线人员的电话或日志汇报出的现场勘察结果来进行调度和管理的。新的模式下，必须加强对基层调度人员的技术培训，使其尽快熟悉业务流程，理清在线监测系统发回的各项数据，掌握报警数值范围和应急措施操作，只有这样才能让输电线路在线监测系统的功能得以充分发挥。
6 未来发展
输电线路在线监测技术的应用，一方面可逐步取代传统的人工巡检，通过对输电线路的实时监测，充分掌握线路运行状态和气象条件，将污闪、覆冰、微风振动以及设备自身故障等事故消除在萌芽状态；另一方面可全面收集和积累线路运行及气象资料，为输电线路设计、运行维护提供基础数据。输电线路在线监测技术已经成为智能输电线路的关键技术之一，其未来主要发展方向如下：
（1）提高实用性
目前逐步形成主流实用的在线监测技术，如覆冰、气象、图像/视频、微风振动等监测技术还需要进一步完善。随着科技进步和一些关键技术突破，一些高科技手段有可能应用到输电线路在线监测领域，如线路巡线机器人、无人巡线飞机等。
（2）CMD的智能化与集成化
目前CMD主要完成信息的采集与传输，数据分析与计算功能通过后台CAG来实现。未来数据采集、分析、计算、预警等模块将会逐步嵌入到CMD中；CMA经过几次功能缩减，现在仅完成数据协议转换和数据加密功能，这部分功能完全可嵌入到CMD。如果再出台CMD与传感器之间的通信规约，则可实现CMD功能的智能化与集成化。
（3）输电线路状态评价技术发展
在线监测技术要成为运行维护的有效手段，就必须大力发展基于在线监测技术的状态评价技术，国家电网公司以及省电力公司大多已成立了输变电设备状态评价中心，将重点进行这方面的研究工作。同时，有些骨干企业，例如西安金源电气股份有限公司，也逐步建立了数据分析与状态评价中心，开展了有关状态评价方面的研究与应用工作。
结语：
输电线路是供电的脉络，对用户供电起着至关重要的作用，具有规模巨大，作业点分散，跨越地域较大，监测点数量多等特点"对输电线路的要求是安全第一，提高运行工作水平和提高故障的防范措施"本系统实现对输电线路状态的实时监视，保障电力运行的稳定和安全，基于电力无线专网输电线路监测技术可很好的解决此问题。智能监测系统将会持续快速发展"同时，如何进一步提高监测系统的可靠性，如何更及时有效地对输电线路网实施监控与管理，准确地捕捉故障征兆，防止线路阻断已经成为一个人们关心的话题，输电线路监测的重要性将更加突出，也使输电线路监测与管理系统成为一个新亮点而得到空前的发展"我们相信，随着输电网络的快速发展，输电线路太原理工大学硕士研究生学位论文自动监测系统也会更快！更好的发展"
今后我们对输电线路监测系统的改进还需要做很多方面的工作，让输电线路能够安全高效的运行"
参考文献：
[1]刘祺.高压输电线路的在线检测[J].应用技术，2011，1：189-190.
[2]杨巍巍.输电线路状态在线监测系统终端[D].硕士学位论文，上海：上海交通大学，2007.
[3]刘振亚.智能电网技术[M].中国电力出版社，北京：2010.
[4]刘振亚.智能电网知识读本[M].中国电力出版社，北京：2010.
论文作者:高剑楠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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