输电线路智能在线监测方案运用及研究

罗 钰

（中国能源建设集团湖南科鑫电力设计有限公司，湖南 长沙 410007）

0 引 言

由于输电线路所处环境和运行维护工作的特殊性，其管理模式一直以来比较传统化、粗放化。随着电网规模的不断发展、设备技术含量的不断提高以及坚强智能电网建设的需要，对输电线路精细化、信息化管理的要求越来越高。传统的输电线路管理模式逐渐不适应现代企业管理的需要，必须对智能化的输电线路进行深入研究与应用。智能输电线路主要以信息通信为基础，综合应用状态监测、安全预警、动态扩容等技术，具有安全可靠、信息交融、便捷高效以及节能环保等特征[1]。

1 输电监测装置(系统)现状

输电线路在线监测系统可以提高输电线路运行的安全性和可靠性，已于2000年左右在国内开始研究。近年来，多个省电力公司在输电线路中应用了在线监测技术，目前的监测方式及数据的统计处理方法能满足对输电线路的运行参数的监测要求，在输电线路上应用完全具有可行性[2]。

从2005年开始，湖南省电力有限公司就针对湖南省输电线路开展了状态监测工作。根据湖南省典型地形气候条件，已经展开了灾害典型因素数据的监测，成立了监测预警维护中心，并在近几年的防冻融冰工作中发挥重要作用。各类监测装置运行状况良好，特别是覆冰/图像监测系统基本覆盖了湖南电网的500 kV和220 kV的重要线路和易覆冰段，能实时准确的监测线路覆冰状况，对防冻融冰工作起到重要的指导作用。在2008年南方地区电网覆冰期间，及时准确地监视到了现场覆冰情况，为抗冰保网工作提供重要决策依据。

目前，输电线路监测系统主要有输电线路覆冰/图像监测系统、气象监测系统、泄露电流监测系统以及微风振动监测系统，其具体布置需根据输电线路现场特点开展[3]。

2 输电监测装置(系统)存在的问题

目前已经投运的输电监测装置(系统)运行过程主要有以下问题。

（1）覆冰/图像监测系统。湖南电力有限公司应用200多套自主研制开发的图像视频在线监测装置，应用在重要的易覆冰线路、跨高速公路/铁路线路、微地形微气象明显区域线路。自2005年至今，设备运行状况良好，但存在网络信息差，数据传输不及时，随着视频图像监测设备数量的增加，海量数据传输通信问题日益突出。同时存在恶劣气候条件下特别是雾天摄像头看不清导线和绝缘子的情况。

（2）微风振动监测装置。湖南电力有限公司应用微风振动监测装置2套，应用于大跨越、易发生防振锤滑移区域，主要问题是数据的传输通道需要经过中国电力科学研究院的服务器转接，目前仅有1套装置能正常回传数据。

（3）气象监测系统。主要对微气候山区进行温度、湿度、风速、风向数据采集，采集的温度、湿度数据对覆冰预测和覆冰发展趋势进行数据支撑，而风速和风向能体现覆冰方向。主要问题是采用传统机械式的气象传感器，如风速和风向传感器，容易遭受损坏。

3 相关生产系统运行现状

湖南省根据输电线路运行的特点和监测装置的布点初步建设了1个预警分析系统。预警分析系统是为现有装置的运行、维护、应用服务，是湖南省电网输电线路状态监测运行维护中心的核心系统。目前，湖南省电网输电线路监测的预警系统主要包括覆冰预警系统、气象预警系统和山火预警系统。

（1）覆冰预警分析。利用覆冰预警系统分析历年冰冻发展规律，实现对每个冬季电网覆冰形式进行预测。结合大范围的天气变化趋势及杆塔微地形气候特征，对大范围的冰冻发展趋势和局部微地形覆冰情况进行预测预报。实现自动识别装置采集的现场覆冰图片，得到现场覆冰数据，并通过预警分析平台预测未来覆冰变化趋势，及时发布预警信息，为跨区电网输电线路抗冰提供技术支持。覆冰预警系统具体结构如图1所示。

图1 覆冰预警系统结构

目前在运行的服务器共3台，放置在湖南电科院计算机房，其中2台冰情服务器上安装了防外力系统和微风振动系统，运行在外网用来采集目前正在运行的在线监测装置的现场数据，另1台服务器运行在内网，通过手工将外网数据导入到内网服务器上进行数据展示。

（2）气象预警分析。通过获取现场气象数据，结合大范围天气实况数据，通过预警分析系统得到未来3天的天气变化趋势，主要包括温度变化（温区图）、降水趋势（雨区图）、覆冰厚度等，便于运行维护人员分析灾害发展趋势。

（3）山火预警分析。利用卫星接收装置，接收气象卫星的红外数据，采用计算机数字处理技术对火点进行识别，并对火点中的非山火点进行剔除，计算出火点的准确位置（经纬度），在地理信息系统（Geographic Information System，GIS）地图上标注火点，直观展示其与输电线路的位置关系。同时通过预警分析平台（山火预测算法），结合山火时空分布规律，对近期可能发生的大面积山火进行预测预警。

湖南电网山火监测预警中心隶属湖南省电力有限公司，由国网输变电设备防冰减灾技术重点实验室负责建设与运行，专门从事电网山火中期及短期预测预警，服务于湖南电网的山火减灾工作。2009年国网输变电设备防冰减灾技术重点实验室建成了覆盖湖南电网，集网络技术、地理信息技术、专业卫星监测技术、红外遥感技术以及图像监控技术等技术为一体的输电线路山火监测及预警系统。

国网输电线路山火监测预警中心采用集中部署方式。中心站部署于国网输变电设备防灾减灾技术实验室，通过获得的卫星数据对国网多省份的输电线路进行山火的监测与预警。

4 智能在线监测建设方案

4.1 智能在线监测系统

智能在线监测系统是利用先进的测量、信息通信、控制、太阳能光伏发电供能等技术，对覆冰、图像视频、绝缘子污秽、山火等参数进行集中实时监测，提升设备状态监测水平及状态评估数据可靠性。

输电线路在线监测系统采用两级结构（见图2），由线上监测点、线路监测基站和当地监测站组成，其中线上监测点包括导线覆冰监测装置、山火监测装置等，线路监测基站一般在铁塔上，当地监测点位于本部的机房。

图2 系统结构框架

首先通过监测装置采集各种线路运行参数，再将线路运行参数通过无线传感器，传送给线路监测基站，线路监测基站再通过光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光缆发送给当地监测中心，当地监测中心收到数据后对数据进行分析，判断线路安全运行状态况及发展趋势[4]。

状态监测作用包括：（1）采集绝缘子串相关参数，结合输电线路计算的状态方程，分析线路参数和环境参数，计算导线覆冰后的各种技术参数。如果超过限值，及时发出预警信息，通知运检单位及时采取措施，避免覆冰倒塔、舞动等危害的发生。（2）通过对红外、紫外光谱的识别，获取山火点的具体经纬信息，实现山火点准确定位并显示，同时结合现有的各种专题底图如湖南电网地理界线图进行匹配，搜寻山火点附近位置的输电线路，由此判断山火造成附近线路故障情况，提供在线预警功能。（3）通过对现场污秽物、温度、湿度的实时监测，能有效地减少由于绝缘子闪络引起的电力事故。（4）在图形平台上展示全局雷击数据，实现雷击位置的快速定位。（5）通过在线监测积累原始数据资料，可以让运检部门确定合适的检修时间、并做好预防措施。

4.2 智能在线监测主要内容

某220 kV线路位于湖南省郴州市南山县、临武县境内，海拔300～700 m。局部地形、地貌复杂，气象条件差异较大，根据线路状态监测需求，全线共设置7套监测装置。智能在线监测系统主要配置以下几种类型监测装置，各装置的功能可独立使用，也可自由组合。监测装置如图3所示。

图3 监测装置

4.3 智能在线监测布置原则

输电线路覆冰在线监测子系统一般安装在易产生覆冰的地方，如线路与主风向夹角大于45°、迎风坡、垭口、风道以及大水面附近等，结合以点代面的原则，本工程在每个冰区各安装1套覆冰在线监测装置。

输电线路远程视频监测子系统一般安装在易发生线路灾害和线路重要区域，如覆冰区、导线舞动区、火灾易发区、树木(竹)易生长区、线路大跨越区、沿线建筑物施工等易受影响区、山川河流等人员不易到达区以及偏远地区。

输电线路绝缘子污秽监测子系统一般安装在污染等级较大的地区。

输电线路山火监测子系统一般安装在森林茂盛、易引发火灾的地区。

4.4 在线监测设备应用参数要求

在线监测设备应用需具备的参数如表1所示。

表1 在线监测设备应用条件参数

4.5 智能在线监测信息传输

线路在线监测装置可以记录输电线路运行的原始数据，通过无线通信方式或有线通信方式将数据集中至通信装置；安装在线路沿线的视频监测装置采集到现场数据，通过宽带无线接入方式将视频数据集中至塔上的通信装置。

线路两侧配置的一体化通信装置汇聚了输电线路原始数据后通过光纤复合相线（Optical Phase Conductor，OPPC）光缆采用接力方式将线路两侧的数据分别接入线路起止点，除视频外的监测数据接入安置在变电站的检测装置中的通信管理体系架构（Communication Management Architecture，CMA），通过CMA汇集并进行规范化处理后，通过综合数据网传送至省公司输变电设备状态监测系统主站；视频监测数据接入部署在变电站的视频服务器，通过2 Mb/s专线通道接入省公司电网视频监控平台，在线监测主站再通过线路视频监控平台来记录视频内容[5]。

5 结 论

在不断推进“两型三新”输电线路的同时，适应输电线路运行、检修新模式的要求，把工程建成以安全可靠、信息交融、便捷高效、节能环保为特征的新一代智能输电线路。所采用的技术是以信息通信为基础，综合应用状态监测、安全预警等技术，对提高输电线路的安全运行具有重要意义。