输电线路在线监测设备可靠性的提升措施研究

徐望圣,童干，汪旭旭，秦冰

(1.南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局，贵州 贵阳 550000； 2.国家电网公司直流建设分公司宜昌工程建设部，湖北 宜昌 443000； 3.国网甘肃省电力公司张掖市供电公司，甘肃 张掖 734000)

输电线路在线监测设备可靠性的提升措施研究

徐望圣1,童干1，汪旭旭2，秦冰3

(1.南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局，贵州 贵阳 550000； 2.国家电网公司直流建设分公司宜昌工程建设部，湖北 宜昌 443000； 3.国网甘肃省电力公司张掖市供电公司，甘肃 张掖 734000)

现有输电线路在线监测设备在通信、视频、供电等方面存在数据不稳定、视频模糊、供电效率低等问题。本文针对上述问题，提出了远距离WiFi传输技术、高可靠摄像头、可靠供电技术，并将其应用于实际工程中，应用效果表明，改进后设备可靠性高于原有在线监测设备。

输电线路；在线监测；可靠性；提升措施

1 引言

输电线路设备的安全可靠是整个电力系统安全可靠性的基础，设备某一局部故障常常会波及全系统，影响电网安全运行，从而给国民经济造成不可估量的损失。因此需要输电线路管理部门通过合适的在线监测[1-4]技术及时掌握输电设备的运行状态和健康状态，为正确地对设备进行故障检测和诊断提供依据，从而制定合理的检修体制和消除设备的故障。但是，现有监测装置普遍存在着数据传输不稳定、供电不足、监测装置稳定性差等问题，急需通过对各类先进智能技术的引入、现有监测技术的改进及新型监测技术的研发等多种手段来改进和完善现有监测技术及装置的不足，为检修工作提供可靠、有力支持。

2 在线监测设备存在的问题

2.1 问题形式

现有在线监测产品在数据传输、监测装置性能、监测装置质量等方面存在的不足，严重影响在线监测设备的可靠性。这些不足主要表现如下：

2.1.1 数据传输

对于分属不同供应商的在线监测装置，各类在线监测装置数据传输规则不一致，数据后台和监控设备重复配置，且导致数据分散；各类装置功能相互独立，检测数据不能共享且重复监测。在数据传输中存在公网与内网的数据交换的安全问题，各分公司都是内外网隔离，数据传输困难，统计查询也不方便，对于偏远山区，有可能存在网络覆盖不全的问题。由于目前输电线路在线监测技术主要是通过第三方的GSM无线通讯移动网实现实时传输，上述因素常引起数据传送延时和漏传现象的发生。目前在线监测采用的通信手段，受到通讯网络覆盖面的制约，缺乏有效的通讯手段进行及时、大流量数据的传送。GSM无线通讯移动网是公共网络，今后大量应用，数据的安全性值得深思。

2.1.2 监测装置性能

建立于在线监测数据之上的分析模型并不多见且标准不一，虽能获得数据，却得不到实际意义。监测系统电源单一，多为太阳能电池供电，部分产品采用电源采用太阳能和蓄电池的组合供电方式。但由网省公司反映的结果看，有相当一部分设备的电源不能满足长期监测的需要。部分在线监测装置功能单一，只是对实时情况进行监测，对趋势的发展没有分析及预警功能。输电线路状态评估的智能化程度不高，需要建立智能判据系统，实现数据的智能分析，能准确可靠的用于状态检修，形成能真正指导生产实际的判据和标准。图像及视频设备适应线路环境的性能较差，夜间采集的图像不清晰，不具备红外线功能，在雨雾天气球机外罩经常出现水膜，在冬季球机外罩水膜经常结冰，造成无法得到有效的监控图片。输电线路在线监测技术通常是采用点对点的监控，成本较高，虽然可以对特殊地段局部进行监控，但是不能满足对特殊地段全面监控的需要；有些特殊地段信号较弱，还无法实现应用。

2.1.3 监测装置质量方面

在线监测装置的系统不稳定，设备适应线路恶劣环境的性能较差，设备失效等问题。电池、太阳能板寿命较短，冬季电池的使用性能明显下降，甚至无法工作。

2.2 提升在线监测设备可靠性思路

2.2.1 提升通信稳定性[5-6]

现有在线监测装置普遍采用3G/GPRS公网进行数据的通信传输，但受运营商网络条件限制，如在每天网络使用高峰时段，在线监测通信的稳定性常因此时的数据带宽低而受到影响。针对该问题，考虑利用远距离WiFi技术建立专用通信网络来解决通信带宽不足的问题。

2.2.2 提升视频监测摄像头[7]可靠性

目前，室外球机通过透明罩将摄像头跟外界隔离，可是当环境温度比较低，湿度比较大且早晚温差很大的时候，在球机的表面以及内部容易结冰结雾。因此摄像头无法拍摄到现场的照片，照片是一片模糊，严重影响视频在线监测装置的使用。目前市面上的视频在线监测装置还未有这方面的解决方案，有必要设计一种既可防冰又可防雾的高可靠视频监测摄像头。

2.2.3 确保有效供电[8-9]

大多数在线监测装置普遍采用电池进行供电，而在新电池技术巨大突破之前，电池的储电容量始终是在线技术有效供电的瓶颈。因此，需研发出一种新型电池电能管理技术来合理使用电池电量。但受电池容量制约，仅使用电池管理技术合理使用电池电量，也只能有限提升电池的供电时长，故采用风光互补供电技术以保证在线监测装置的长期持续正常工作。

3 解决措施

3.1 远距离WiFi技术

目前市场上所用的WiFi产品大多传输距离为100m左右，满足家用、商场、办公楼场所即可足够。然而，输电线路铁塔一般地处荒郊野外。距离有线网络站点较远，一般在1000m甚至更远。所以一般的WiFi产品很难满足输电线路视频在线监测的需求，因此必须针对输电线路特有的运行环境，设计出适应输电线路的WiFi技术。

系统(图1)主要由监测点、WiFi信号落地点、视频监视主站组成。远距离WiFi传输技术的核心部分在于远距离高带宽无线网桥的应用。此处所用的远距离高带宽无线网桥设备型号为IPlink5808G。

图1 系统结构图

监测点安装在塔杆上，监测点将杆塔上安装的的各类传感器和视频摄像头采集输电线路的实时数字和视频信息，连接至远距高宽网桥，WiFi信号落地点通过远距离高带宽无线网桥接受数据并连接Internet上传数据，用户登陆视频监视主站网页，查看监测点处的监测数据和视频信息。

3.2 高可靠摄像头

3.2.1 防冰除雾技术

为了去除球机上的冰和雾，解决该技术问题所采用的技术方案主要为在球机内的铁壳表面粘贴一种特殊材料的隔热胶，然后将塑胶加热片粘贴在隔热胶上。隔热胶的目的是为了阻止加热片热量传递到球机铁壳表面，使发热片的热量全部传递到球机内部的空气里，从而节省能量。当球机内的空气加热到一定温度后，球机外面的冰自然融化，球机内部的雾气慢慢蒸发掉，使球机变得越来越透明。从而在不改变原有球机的外观结构前提下，可通过后台控制是否开启加热装置，达到边拍照边加热除冰除雾的性能，结构简单。

图2为球机除冰除雾装置示意图，1为隔热双面胶，2为塑胶发热片，3为球机铁壳。塑胶发热片通过隔热双面胶粘贴在球机铁壳上，每片功率17W。将球机放置于低温箱中，将温度调至零下5°附近，模拟室外冬天真实环境，使得球机罩上结冰结雾。开启加热装置的同时，低温箱仍然保持之前设定的温度值，真实的模拟现场环境，如图3所示。

图2 球机除冰除雾装置示意图

图3 球机罩除冰除雾前后对比图

3.2.2 夜间红外成像技术

输电线路夜间巡视难度较大，且能见度低，一般视频监测无法实现夜间监测。而红外成像技术并不受能见度的制约，能够通过所监测物体辐射的红外线波长探知物体表面温升情况，同时不会受到强光、闪光干扰，因此可以在夜间探知输电线路绝缘子串表面、导线接头、金具等处的温升。

3.3 可靠供电技术

3.3.1 电池电能管理技术

根据已有的电池单体的荷电性质，研究电池组的荷电特性。并研究不同影响因素如负载大小、温度差异等对电池组电压电流的影响，通过测量电压电流获得大量数据，运用模糊逻辑建立电池组的电量管理系统。同时增加外部用电设备电量使用监控程序，使系统实时监控未及时关闭的视频监测设备并将其自动关闭，保证电池组长时间有效供电。

3.3.2 风光互补充电技术

风光互补充电技术结合了风力发电机充电和太阳能板充电的优势，弥补两者不足，如风力发电机充电能够在阴天黑夜、风雨天气充电，而太阳能板只能在阳光充足时工作。风光互补关键技术主要指直立轴风机技术。目前风力发电机可以按风机容量、交-直流变换方式、风机轴结构形式等方式分类。目前输电线路在线监测设备充电设备也存在风力机的应用，但是多为小型水平轴风机，而直立轴风机却在线路在线监测中很少看见。

输电线路在线监测选用直立轴风机发电，较水平轴风机有诸多优点。直立轴风机中轴线竖直向下，叶片可以360度自由采风，因此不需要偏航系统，结构相对于水平轴风机要简单；直立轴风机力学性能优异。而水平轴风机的缺点就是风载作用下的弯矩要比直立轴风机产生的弯矩大得多，所以直立轴风机的应用可以减少对输电杆塔的影响。

4 应用

针对目前在线监测设备可靠性普遍较低的问题，湖北电力公司检修分公司鄂西北检修分部对所辖输电线路在线监测设备进行改进升级，应用了远距离WiFi技术、高可靠摄像头、可靠供电技术，实际应用图片如图4所示。

图4 实际应用效果图

上述设备挂网运行一年多来，与原有在线监测设备相比，可靠性得到了明显提高。同一区域内，对原有和升级后的在线监测设备随机进行了150次数据抽查，采用3G/2G通信网络传输数据的原有设备出现无法接收数据、视频卡顿现象48次，采用远距离WiFi技术的设备仅出现3次传输失败事件(其中3次为WiFi落地端停电导致)；2013年冬季达到摄像头防冰除雾的天数为21天，采用普通摄像头的设备有19天出现无法看清检测设备情况，安装有高可靠摄像头的设备仅有1天出现摄像头模糊现象。2013年冬季襄阳无日照天数为49天，电池自动关闭(电量低于20%时)天数统计中，原有设备电池自动关闭天数为15天，升级后的设备电池未出现自动关闭情况。由此可知，经过改进升级，输电线路在线监测设备的可靠性得到了有效提升。

5 总结

(1)远距离WiFi技术弥补了3G/2G移动通信网络在偏远地区、信号拥堵时段出现的监测数据丢失缺陷，能够保证在线监测设备进行实时监测；

(2)高可靠摄像头利用防冰除雾技术、夜间红外技术，改善了现有监测中冬季摄像头结冰视频模糊、夜间无法监测的现状；

(3)可靠供电技术利用电池电能管理技术、风光互补充电技术，增加了非充电时段电池的工作时长，丰富了监测设备上电池的充电方式。

[1] 黄新波，张国威.输电线路在线监测技术现状分析[J].广东电力，2009，22(1)：13-20.

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[3] 张景沛，桑赵刚.特高压输电线路在线监测装置应用现状分析及建议[J].山西电力，2015(6)：67-69.

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Study on Improving Reliability of On-line Monitoring Equipment on Transmission Lines

XUWang-sheng1,TONGGan1,WANGXu-xu2,QINBing3

(1.Guiyang Bureau of CSG EHV Power Transmission Company,Guiyang 550000,China; 2.DC Construction Branch Yichang Construction Engineering of State Grid Corporation,Yichang 443000, China; 3.Zhangye Bureau of Gansu Province State Grid Power Company,Zhangye 734000,China)

The monitoring equipment on overhead lines usually exist problems such as unstable data,fuzzy video images,low energy supply efficiency.For the above situation,WiFi long-distance transmission technologies,highly reliable camera and reliable power supply technology is put forward in this paper.It is applied to the actual project.The application results show that the improved equipment reliability is higher than the original line monitoring equipment.

overhead lines;online monitoring;reliability;promotion measures

1004-289X(2016)03-0019-04

TM8

B

2015-11-29

徐望圣(1982.8-),男，湖南益阳人，本科，工程师，生产设备部输电管理专责； 童干(1989.9-)，男，湖北黄冈人，本科，助理工程师，从事输电线路运行维护工作； 汪旭旭，男，湖北远安人，助理工程师，主要研究方向为特高压直流技术研究与应用； 秦冰(1984.10-)，男，甘肃张掖人，本科，助理工程师，从事变电检修工作。