特高压输电线路在线监测技术的应用

曹 凯

（河南送变电建设有限公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

我国电力系统中，特高压（Ultra High Valtage，UHV）输电线路具有重要作用。基于特高压输电线路本身所具有的特性，在监测与维护层面具有较大的技术难点，仅依靠人力对输电线路的运作情况进行监测，不仅耗费较多的时间和精力，而且效率较低。为了应对这一情况，在线监测技术应运而生。在线监测技术的出现弥补了人工输电线路运维的一大空白，使得对输电线路本身的监测更加全面和立体，极大地提高了特高压输电线路的监测效率。

1 特高压输电线路在线监测技术

1.1 技术应用要求

首先，在线监测技术的应用应独立于特高压输电线路本身，即在监测设备存在故障时不会对输电线路的运作产生影响。同时在在线监测技术的应用过程中，其所发出的信号不会对线路本身的稳定运行产生影响，否则在线监测技术将成为特高压输电线路的隐患，丧失其原本的意义。其次，在线监测技术本身应遵循便捷性和简洁性，既要便于工作人员高空作业，又要有着简单便捷的安装步骤和系统构造，这样能尽可能地保障安装人员的安全，简化安装流程[1]。再次，设备本身需要具有较强的稳定性，能够在大雨雷暴天气或其他恶劣天气正常工作，帮助运维人员保障系统本身的稳定运作，保障电力安全供应。最后，输电线路应具有完善的数据传输与数据处理功能，即在发现输电线路故障的第一时间就能发出预警。此外，数据本身的格式和内容也要能够满足线路运维的需要，从而便于后续的数据处理。

1.2 技术应用范围

特高压输电线路同样有着一定的适用范围，根据使用场景的不同加入更多的监测内容。例如，对于常年气候变化频繁、风力影响较大的地区，则需要充分考虑导线风偏的影响，此时就需要获得气象部门的支持，通过感应或数据互通来获取气象资料，对可能出现的故障进行预防或排除[2]。在线监测技术的引入并非一成不变，而是要根据所在地区的实际需求对功能进行调整和优化，在保证节约成本的同时，最大化提高在线监测技术的准确性、可靠性，满足特高压输电线路的运行与维护需求。为了满足不同地区的不同需求，电力部门需要建立相应的数据处理平台，对数据进行采集和集中处理[3]。通过建立统一的标准，避免由于地区差异而导致数据本身格式等存在不同，同时便于电力部门统筹管理，提高运维效率，进而实现不同系统之间的协同运作。

2 特高压输电线路在线监测的现实意义

2.1 监测绝缘子情况

绝缘子直接关系到输电线路本身的运作情况，一旦绝缘子出现故障，势必会降低输电线路的稳定性，进而引发各类电力故障，而通过在线监测系统能够对绝缘子的情况进行实时监控，包括绝缘子串的灰尘积覆情况或是由空气湿度较大而引起的污秽等。在以往的监测过程中，一般需要在输电线路整体停止工作后再进行污秽监测与排除，通过在线监测技术的引入与应用，能够在输电线路正常运作的情况下对绝缘子的污秽情况进行监测，不但有效弥补了输电线路运维方面的空缺，还极大提高了运维效率，有助于工作人员及时排除污秽，使运维工作更加精准有效[4]。

2.2 监测周围环境

对特高压输电线路周边环境的监测是特高压输电线路运维的关键，传统的环境监测一般需要多个部门协同工作，同时还需要有关主管部门对输电线路附近的施工情况、人员来往情况进行监测，以防外部环境和人为因素对特高压输电线路的运行造成影响。而在引入在线监测设备后，能够以较少的人力成本和较高的效率对线路周边环境进行监测[5]。例如，通过视频监测能够有效覆盖重点线路部位，及时排除存在威胁的因素，对于输电线路安全隐患的排除有着重要意义。

2.3 监测突发雷击

除了依靠气象部门提供的数据之外，针对特高压输电线路附近的雷电情况进行监测同样有着重要意义。雷电对输电线路的正常运作有着重要影响，不但会直接破坏输电线路本身，而且还可能会诱发各种次生灾害，导致更大的经济损失。在线监测技术能够通过监测闪电回击辐射的各种物理特性，结合气象部门的数据获悉雷击情况，快速了解雷电威胁，有助于工作人员快速做好雷击的防护工作，从而避免雷击对特高压输电线路产生影响[6]。

3 特高压输电线路新型监测技术分析

特高压输电线路的在线监测技术不断革新，目前已有众多新型技术投入实践。某型号特高压输电线路在线监测方案如图1所示，其中采用了数据处理一体化技术对电流、风向以及温度进行感应。

图1 特高压输电线路在线监测方案

除了一体化处理技术之外，还有超声波技术、红外成像技术、电场辨识技术等。

3.1 超声波技术

超声波是1种波长较短的机械波，通过折射和反射来完成输电线路运作情况的监测。通过设备中的发射器发射超声波，并对超声波的反射情况进行监测。如果时间轴中出现裂纹，那就表明绝缘子芯部存在裂缝，此时工作人员就可以根据超声波传回的数据对裂缝进行精准定位，从而快速排除故障。超声波具有快速稳定的特性，但同样存在一定的局限性，如在空气传播过程中容易发生损耗，加上换能器缺陷等因素，导致超声波无法应用于距离较长的输电线路[7]。目前在运用超声波进行监测时往往结合使用激光定位等装置，将超声波的形式转换成音波，再通过耳机接收音波，从而完成监测。这种监测方式同样对环境要求较高，极易受到噪声干扰而影响精度。

3.2 红外成像技术

特高压输电线路的隐患往往会在线路表面有所表现，此时如果能对线路表面进行成像处理，就能快速定位隐患的存在，进一步确定隐患部位、具体影响等，从而帮助工作人员完成检修工作[8]。对于特高压输电线路的监测而言，传统视频成像方案效率较低成本较大，同时容易受到环境限制，因此可以采用红外成像的方法进行监测。红外成像能够有效地识别线路表面的异常，并通过信号解析后进行成像，从而帮助工作人员了解隐患的严重程度，快速排查潜在隐患。

3.3 电场辨识技术

根据特高压输电线路运作时的电场分布，同样能够有效监测输电线路的运作情况。输电线路正常运行过程中，线路整体的电场轴线较为平滑且呈曲线分布，一旦曲线出现异常，通过辨别不同位置的电场强度和电势就能对线路的运行情况进行详细了解，具有快速高效的特点。由于这种技术尚未成熟，同时前期投入需求较大，因此想要真正应用在实际工程中还需要较长时间的发展。

4 特高压输电线路在线监测技术的应用

4.1 输电线微风振动监测

微风振动是常见的特高压输电线路故障诱因，在微风振动的作用下，输电线路内部的交变应力会产生异常，进而影响线路本身的运作。微风振动的整体表现并不直观，具有一定的隐蔽性，因此可以利用在线监测技术为工作人员提供风速风向等数据，再进一步利用数据处理功能对获取的数据进行处理，从而避免微风振动对线路产生影响[9]。

4.2 杆塔倾斜监测分析

在山区或坡地等特殊地理环境下，特高压输电线路会面临着更大的稳定性挑战，杆塔极易在各种外部因素的影响下产生倒塌现象，从而导致电力系统出现故障。而在线监测技术的引入能够快速发现潜在的隐患，对杆塔的倾角和附近的自然环境进行观测并获取数据，在发现杆塔倾斜时还可以帮助工作人员找出原因并快速排除，从而有效降低杆塔的故障率。

4.3 气象和导线风偏监测

对气象和导线风偏进行监测，能够进一步帮助工作人员了解绝缘子和导线本身的情况，有助于安全隐患排查和故障排除。线路检修过程中，通过对杆塔附近的风速和气象情况进行观测，分析结构的合理性，进而为后续线路整体的优化提供参考。

4.4 绝缘子污秽监测

灰尘积覆和环境潮湿都会使绝缘子产生污秽现象，影响绝缘子的绝缘效果。通过在线监测技术能够实时了解绝缘子表面的污秽情况，借助传感设备或成像技术对绝缘子的电流泄露情况或表面污秽情况进行观测，从而避免绝缘子污秽的影响。

4.5 导线舞动监测

导线舞动一般是受到风力或各种外部环境的影响导致输电导线发生晃动，一旦出现导线舞动，极易导致线路的连接部位发生脱落，严重时会导致设备损坏甚至倒塌，从而影响电力供应。为了避免故障，可以利用在线监测技术对输电线路的应力情况和自然环境进行监测，并对可能诱发故障的因素进行分析和计算[10]。同时还可以用视频成像技术对重点部位进行观测，从而避免导线舞动对输电线路造成影响。

4.6 覆冰在线监测

覆冰在线监测技术相对成熟，主要通过搜集数据在参考气象条件的基础上对可能存在的覆冰现象进行预测和模拟，及时做出预警，预警准确率可达90%以上，能够有效避免由于覆冰导致的电力系统故障。

5 在线监测技术的应用成效分析

5.1 有助于优化监测系统

在线监测技术是对人工监测的1种补充，二者相互弥补，共同构成完整的输电线路监测系统。在线监测技术的引入有效弥补了人工监测的局限性，达到了全天候、无死角的线路监测，大大降低了监测成本，同时提高了故障预见和排查能力。在线监测技术的出现使得以往人工难以监测的部位和故障变得更加便捷和准确，从而保障了监测的有效性。

5.2 有助于提升故障诊断效率

系统能够帮助工作人员快速定位故障部位，了解故障原因，在在线监测技术的辅助下开展检修工作，构建2道防线确保线路的稳定和正常运作，极大提高了检修效率。此外，在线监测技术还能与数据库互联互通，通过大数据分析和评估为线路整体的优化与检修提供参考。

5.3 有助于提升人员技能

随着物联网技术和信息技术的广泛应用，工作人员需要了解更多的相关知识才能更好地操作在线监测系统，完成特高压输电线路的检修与维护工作。在学习这些技术知识的同时，工作人员的监测能力和对电力系统运作的认知也会更加深刻，做到理论与实践充分结合。

6 结 论

特高压输电线路在我国电力系统中占据重要地位，在线监测技术的出现为高效快捷地排除线路故障提供了有效方案。大量实践案例表明，在线监测技术在特高压输电线路维护中起到了重要的作用。由于部分技术未能达到全面普及的水准，未来还需要漫长的技术改革和试验来满足不同环境的使用需求，做好各级电力系统的适应性调整，逐步实现全面推广、全面覆盖。