输电线路运维中运用在线监测技术的实践研究

国网扬州供电公司 林芝茂 朱翔宇

1 引言

输电线路构成元器件种类较少但数量较多，其中任何一个元器件出现故障都可能会导致整条输电线路停运，从而阻碍电力系统正常运行。在线监测技术是确保输电线路及电力系统运行可靠性及安全性的关键技术，通过在线监测装置及技术能够准确评估输电线路运行参数，及时发现运行安全隐患并且进行预警，便于维修人员采取针对性运行维护技术措施。

2 在线监测技术概述

2 .1 在线监测机理分析

输电线路元器件在自然灾害、恶劣环境、污秽积累、缺陷恶化发展等因素的影响下，会出现具备一定征兆且少量渐进的故障，通过在线监测技术则能够获取输电线路运行状态及参数，并且通过经过分析处理的数据信息预测元器件可能出现的故障及剩余寿命，同时发出预警信息[1]。

具体来讲，输电线路元器件故障一般不会瞬时发生，性能退化至潜伏故障P 点后才会表现为可探性故障，发展到功能故障F 点后便会引发安全事故，进行输电线路运行维护的目标便是在P—F 时间间隔内发现并预防故障。不同类型输电线路元器件的P—F 时间间隔不一，最短仅为数个小时，最长则能达到几年，通过在线监测技术则能够在P—F 时间间隔内实现对于输电线路的有效监测，做到对输电线路运行参数变化的及时追踪，从而完成对于输电线路运行状态及故障状态的实时监测。

2.2 在线监测功能类型

在线监测技术同时融合了低功耗技术、抗干扰技术、计算机技术、无线传感技术、无线通信技术、能源管理技术、信息处理技术等多种先进技术，能够支持在线监测装置元件集成化、通信网络化、状态数字化、显示可视化，从而实现对于输电线路本体及周围环境的在线监测及智能化测量。在线监测功能主要包括微风振动监测、风偏监测、温度监测、覆冰监测、弧垂监测、舞动监测、绝缘子污闪监测。

3 在线监测装置在输电线路运维中的运用分析

3.1 微风振动在线监测

通过振动传感器实时采集微风振动信号，即输电线路在微风影响下的振动幅度和频率，从而在线分析导线的微风振动水平，一方面判断导线的疲劳程度及剩余寿命[2]；另一方面总结导线微风振动水平与天气变化之间的规律，在此基础上制定导线防振措施。微风振动在线监测装置关键技术参数为：导线振动幅度监测范围为0～1.3mm，导线振动频率监测范围为0～150Hz。

3.2 风偏在线监测

通过倾角传感器实时采集绝缘子串监测点风偏角，同时根据导线架设杆塔基础数据、绝缘子串风偏角计算杆塔之间的空气间隙，以此作为预警值，当绝缘子串风偏角超过正常范围或杆塔空气间隙接近预警值时，装置会进行自动报警。针对已经出现风偏故障的输电线路，可以通过在线监测装置开展对线路的24h 不间断在线监测，直到找出风偏故障发生原因，在此基础上采取故障解决措施，并且完善后续风偏在线监测及巡检方案。

风偏在线监测装置关键技术参数为：绝缘子串风偏角监测范围为-90～90°，绝缘子串风偏角监测误差范围为-0.05～0.05°，环境风速测量范围为0～60m/s，环境风速监测误差范围为（0.5+0.03标准风速值）m/s。

3.3 温度在线监测

通过温度传感器实时采集输电线路运行温度，当运行温度接近或超过接近预警值时，装置会进行自动报警。并且总结输电线路运行温度与天气变化、导线动态增容之间的规律，在此基础上制定导线在线监测及巡检方案[3]。温度在线监测装置关键技术参数为：导线运行温度监测范围为-50～120℃，导线运行温度监测误差范围为-0.2～0.2℃，导线运行温度监测分辨率为0.1℃。

3.4 覆冰在线监测

通过拉力传感器实时采集输电线路拉力，通过倾角传感器实时采集绝缘子串倾斜角及风偏角，通过远端摄像机实时采集输电线路运行参数及导线搭设杆塔现场数据，将数据代入修正理论模型及专家知识库，从而掌握导线的覆冰情况、变化规律、发展趋势、发展特征，在此基础上制定导线防冰除冰措施。

覆冰在线监测装置关键技术参数为：导线覆冰厚度监测准确度为5%，导线覆冰重量监测准确度为5%，最大像素为752×582，变倍数为18倍，云台水平转动角度为0～360°，云台垂直转动角度为90°，最大预置位数为9路，最长无阳光运行天数为30d，数据采样时间间隔为1h。

4 在线监测技术在输电线路运维中的运用分析

4.1 输电线路弧垂监测

输电线路弧垂有一定范围要求，如果超过正常范围便会出现放电现象，从而损害电力系统；如果低于正常范围便会出现导线应力过大情况，从而导致导线断裂问题。此外，输电线路弧垂变化影响会随着外界环境变化而改变，例如，在大风环境下，线路弧垂超过正常范围可能会造成导线交缠问题[4]；在雷雨环境下，线路弧垂超过或低于正常范围可能会造成送电问题。

在输电线路弧垂在线监测过程中，传感器能够获得输电线路弧垂实际情况，如果导线弧垂超过正常范围，则通过角度探测器测量导线弧垂角度，通过倾角法对倾角进行计算，根据在线监测数据设计相应输电线路弧垂调整方案。同时强化对于周边环境的在线监测，全面收集导致输电线路弧垂变化的相关数据，完成对于输电线路弧垂故障的在线诊断及在线解决。

4.2 输电线路温度监测

输电线路自身温度及运行环境温度均会影响其运行情况，从而导致温度故障，只有实现对于温度的实时监测才能够准确判断可能发生的故障。不同架设区域对于输电线路自身温度及运行环境温度的要求不同，表示需要结合架设区域实际情况及温度要求选择温度监测技术，目前大部分温度监测技术已经趋于成熟。

输电线路温度在线监测技术包括接触式监测和非接触式监测两种，接触式在线监测的原理为物理热平衡原理，即温度传感器通过直接接触获得输电线路实时温度，同时上传至监测中心，完成对于输电线路温度变化的在线监测；非接触式线监测的原理为能量辐射原理，即光电探测器在不直接接触输电线路的情况下获取温度信号，因此要求测温导线与测温探头之间不存在物体遮挡情况[5]。在输电线路温度在线监测过程中，系统能够实现对于温度超高故障的全天候监测分析，并且在温度超标时发出报警信号、显示高温点坐标位置，便于及时采取降温措施；能够通过在线监测模式及相关技术规范规程计算导线的具体载流量，从而推算导线温度正常范围，完成对于输电线路温度的在线诊断。

4.3 输电线路冰闪监测

在严寒天气下，输电线路易出现冰雪覆盖情况，导致冰闪故障。通过在线监测技术能够实现对于输电线路冰闪故障的及时排查，从而预防由于覆冰导致的输电线路故障。

在输电线路冰闪在线监测过程中，可以通过输电线路拉力在线测试判断导线是否存在冰体覆盖情况，即在绝缘子串位置处设置拉力传感器，以此获得导线拉力数据，同时收集温度、湿度、风力等环境数据，将所有在线监测数据上传至监测中心，随后获得导线覆冰反馈信息，在此基础上采取相应处理措施。可以通过输电线路弧垂、倾斜角度等在线监测数据计算导线重量，从而判断导线的覆冰情况，并且根据导线正常重量计算导线覆冰量，在此基础上判断冰闪故障严重程度，同时采取相应处理措施。

4.4 输电线路舞动与风偏监测

大部分输电线路需要跨越高速公路或铺设于山林之间，导致输电线路的长度较长，线路架设塔杆距离一般设置为极限距离，线路出现舞动故障的概率便会增加。此外，部分输电线路架设塔杆会设置在山顶，增加了风力变化对于线路运行的不利影响，使得线路在大风天气下容易出现舞动故障。输电线路舞动故障会加重线路的磨损情况，从而引发线路架设塔杆坍塌及导线断裂等问题，导致大面 积停电事故。

通过在线监测技术完成对于绝缘子串风偏角度的定期测量，同时收集和分析绝缘子串仰角、输电线路跳线、监测地区封片状态等关键运行参数，从而预防由于风偏导致的输电线路舞动故障，并且根据在线监测数据优化输电线路绝缘子设计；强化对于周边环境的在线监测，预防由于大风天气导致的输电线路舞动故障。在输电线路舞动与风偏在线监测过程中，传感器能够将输电线路的舞动信号转换为电流信号，同时将经过加工和处理的电流信号上传至监测中心，随后通过接收到的电流信号判断输电线路舞动信息，做到通过在线监测数据诊断输电线路舞动故障；输电线路在线监测技术支持可视功能，能够通过监测视频画面掌握输电线路运行状态，同时得到关于线路坐标系的图像资料，在此基础上运用科学计算方法对线路风偏角度、旋转角度进行计算，完成对于输电线路舞动故障的在线诊断。

5 输电线路在线监测技术强化措施

5.1 提高输电线路稳定性

确保输电线路稳定性是应用在线监测技术的前提条件，当输电线路能够在大风、降雨、降雪等恶劣天气下保持稳定运行，导线坍塌问题发生概率便会下降，各项在线监测技术也能够获得更多输电线路运行数据。这需要强化对于输电线路的日常维护和运行检修，并且不断对建设技术进行优化调整。同时实现对于输电线路在线监测预警功能的逐级建设，形成逐层报警、逐步通知的预警报警模式，及时发现并处理异常参数，避免输电线路整体运行受到不利影响。

5.2 强化智能算法应用

目前，智能计算方式在输电线路在线监测中的应用还处于起步阶段，这使得在线监测技术手段获得的输电线路运行数据不够充足，也就无法开展进一步研究分析。为此需要强化对于神经网络、模糊控制等智能算法的应用，以此实现对于输电线路运行维护数据的充分分析及海量统计，一方面提高在线监测效率和质量；另一方面根据数据构建故障智能诊断系统，通过系统实现对于输电线路故障的自动分析、诊断、分类、处理，为维修人员开展维修作业提供参考。同时可以根据输电线路在线监测数据总结各个元件及区域出现故障的规律，以此制定针对性检修规划及故障处理方案，并且实现对于故障频发区域的重点监测。

6 结语

在线监测技术能够通过输电线路运行状态及参数预测元器件可能出现的故障及剩余寿命同时发出预警信息，在线监测功能类型主要包括微风振动监测、风偏监测、微气象监测等。基于线监测机理及功能，在线监测装置可以运用于输电线路微风振动、风偏、温度、覆冰在线监测，在线监测技术可以运用于输电线路弧垂、温度、冰闪、舞动与风偏、绝缘子污闪监测，从而实现对于输电线路故障的及时准确诊断，为电力系统安全运行提供技术保障。为了强化在线监测技术在输电线路运维中的应用，可以提高输电线路稳定性、强化智能算法应用。