特高压输电线路在线监测技术应用

李 程

（国网湖北咸宁市咸安区供电公司，湖北 咸宁 437000）

0 引言

随着社会工业的快速发展和人们生活水平的不断提升，社会对电能的依赖程度越来越高，且用电量越来越大。近年来我国在电力领域有了突飞猛进的发展，特别是特高压输电领域走在了世界前列。由于特高压输电线路须要在野外运行，容易受环境因素的影响，易出现各类故障，影响输电线路的运行稳定性和可靠性，降低人们的用电体验。利用先进的在线监测技术对特高压输电线路运行过程中的状态信息参数进行采集，基于采集结果开展深入分析研究，进而发现线路中潜在的安全问题和故障隐患，是提升输电线路运行稳定性、可靠性的重要措施和手段。本文以特高压输电线路为研究对象，对在线监测系统进行了简要介绍，重点研究了相关监测技术应用情况。

1 特高压输电线路在线监测系统概述

当前智能领域得到了快速发展，在特高压输电线路监测系统中引入智能物联网技术，能够提升系统的运行效率。如图1 所示为基于智能物联网技术的监测系统的应用框架结构图。由图1 可知系统分为3 个层级，分别为数据采集层、数据传输层和数据应用层。在采集层设置了多功能监测基站，利用太阳能板进行供电，在应用层设置了监控中心。采集层主要是利用各类传感器对特高压输电线路周围环境及自身运行状态信息进行采集，多功能监测基站将所有传感器采集的数据信息进行收集。采集的数据信息通过数据传输层上传至数据服务器中心，利用系统的算法程序对数据进行综合分析处理，从而感知特高压输电线路的运行状态，研判是否存在故障或者安全隐患[1]。若存在问题系统会发出报警信号，工作人员根据报警信号及时处理问题，将隐患扼杀在萌芽阶段，或者尽可能缩小故障的影响范围。

图1 特高压输电线路在线监测系统

系统通信方面，考虑到特高压输电线路全部分布在野外，不方便利用有线方式进行数据传输，因此数据传输大部分基于无线形式进行。数据采集层与多功能监测基站之间基于ZigBee 无线网络进行数据传输，基站与监控中心之间4G/5G 网络进行数据传输。

2 关键在线监测技术的应用

随着在线监测技术的不断发展，未来在特高压输电线路中使用的监测技术必然越来越多，会越来越成熟，本文主要对当前使用较多的在线监测技术进行介绍。

2.1 线路附近气象监测技术

我国社会对用电的需求量呈快速增加的趋势，对供电质量要求也是日益提升。很多特高压输电线路须要穿过地形非常复杂的地区，且长时间在野外运行，其工作环境非常恶劣，使得输电线路面临比较大的安全和故障风险。特高压输电线路运行时，附近的气候条件是影响运行稳定性和可靠性的重要因素，所以有必要对输电线路附近的气候条件指标进行实时采集，以便对由于气候引起的灾害问题进行有效预防。可以采集的气候环境指标主要包括温度、湿度、风速、风向、雨量、日照等[2]。如表1所示为气候环境在线监测使用的传感器及相关技术指标。

表1 气候环境在线监测使用的传感器及技术指标

2.2 输电线路视频图像监控技术

特高压输电线路很多分布在地形复杂、环境恶劣的地区，如果利用传统方法进行巡检，会花费很多人力、物力、财力，且风险较高。利用当前使用比较多的视频图像监控技术，能够大幅度降低劳动强度，工地巡检时的风险，并且可以对周围环境实现24 h 监控。监控得到的视频图像经过压缩后，通过无线网络上传，在服务器中心对视频进行解析，工作人员可以实时掌控输电线路的运行状态。视频监控主要功能有：观察地线、导线的覆冰状态，观察容易塌方或者滑坡区域的状态，观测容易受到人为破坏区域的状态，观察输电线路周围树木、竹子等的生长情况，观察绝缘子、塔体、导线等关键结构部件的异常状态，观察大跨越区的环境情况，观察偏远区域变电站的运行状态。可以用于视频监控的相机工作原理分2 类，分别为CCD 和CMOS，其俯仰角度可以在0°～90°范围变化，水平旋转角度可以在0°～355°范围变化，像素数超过704 × 576，且可以通过远程方式对光圈、焦距、色度、对比度等技术参数进行调整。

2.3 输电线路杆塔倾斜监测技术

杆塔是输电线路中的重要构成部分，工作时输电线路会对杆塔产生一定的作用力。但是受到附近地质环境以及气候条件的影响，杆塔基础可能会出现沉降，甚至山体滑坡等难以预料的问题，进而威胁输电线路的安全运行。工程实践经验表明，输电线路在风的作用下如果长时间沿一个方向舞动，会导致杆塔受力不均匀引发杆塔倾斜；杆塔本体出现裂纹或其他变形问题导致杆塔倾斜；自然地质灾害可能导致杆塔发生倾斜。但是杆塔从倾斜到最终倒塌是一个缓慢的过程，如果能及时发现并处理完全可以规避风险。所以通过对杆塔倾斜状态的持续监测，及时发现安全隐患，可以大幅度降低由于杆塔倒塌造成的危害及经济损失[3]。在对杆塔倾斜度进行监测的过程中，须要综合考虑风速、杆塔高度等因素对潜在的倾斜趋势进行准确预测计算，评估倒塌的风险程度，在此基础上系统向外发出报警信号。该环节使用的传感器主要是倾角传感器，工作原理分为压阻技术原理、电容效应原理、热气泡原理以及光效应原理等，监测范围为双轴±20°，精度须控制在±0.05°范围内，分辨率可达到0.01°。

2.4 输电线路覆冰预警监测技术

冬季野外的气温比较低，特别是在山区温度会在0 ℃以下。如果遇到雨雪天气，输电线路上不可避免地会出现覆冰现象，覆冰会增加输电线路的整体质量，严重时导致绝缘子出现闪络，引起故障跳闸问题。另外会加速相关结构件的疲劳损伤，缩短其使用寿命。在输电线路覆冰的工况条件下，一旦出现故障问题，会延长故障处理时间，或者扩大故障影响范围。世界范围内已经出现了多起由于线路覆冰引起的输电故障，造成了不好的社会影响。对覆冰问题进行预警监测主要通过间接方式进行，因为在输电线路出现覆冰的情况下会导致绝缘子拉力、倾角等出现变化，通过对倾角和拉力的监测能间接反映覆冰的严重程度。基于上述监测得到的数据信息，结合气候环境状态参数，可以对导线覆冰厚度进行研判，然后结合实际情况给出针对性的覆冰防治措施[4]。使用的拉力传感器主要是用弹性元件进行检测，检测范围为2%～100% FS，在该阶段为线性工作区间，精度可以达到0.2 及以上。使用的倾角传感器工作原理包括压阻技术、电容效应、热气泡效应以及光效应等，监测范围要求达到双轴≥±70◦，精度须控制在±0.1°范围，分辨率为0.01°。

2.5 输电线路微风振动监测技术

当特高压输电线路周围存在风时，在风力影响下线路会出现一定的振动现象，当风力作用引起的振动频率与线路固有频率接近时会出现共振问题，进而导致输电线路出现断股，轻者影响特高压输电过程的稳定性，严重时引发安全事故，造成巨大经济损失。针对微风引起的振动问题，很多学者开展了一定的理论和实践研究，并将研究成果应用到工程实践中，取得了很好的效果，使得微风引起的振动危害性大幅度降低，但到目前为止无法从根本上抑制微风振动问题。所以须要对输电线路的微风振动过程进行持续监测，基于监测结果进行研究以便采取针对性的措施抑制振动现象。实践中须要利用加速度传感器对输电线路振动现象进行监测，可以对振动加速度、振幅以及频率等关键参数实现监测[5]。基于监测结果并结合气候环境数据信息，可以对输电导线的疲劳损伤程度实施预测，获得导线的使用寿命数据信息，为导线运行维护提供有效理论指导，降低输电导线发生安全事故的概率。加速度可以使用压电式加速度传感器，其中振动加速度的监测范围为±5g，振动幅度监测范围为0～15 mm，振动频率范围为0～20 Hz，检测的精度可以达到±5%。

2.6 绝缘子污秽监测技术

绝缘子是特高压输电线路重要的构成部分，但是绝缘子长时间在室外工作，如果环境质量较差，很容易对绝缘子产生污染，影响绝缘子的性能，尤其是绝缘性能，威胁特高压输电线路的运行安全性。基于此，须要对绝缘子的污秽状态进行在线监测，基本原理是对绝缘子的表面状态进行测量，根据相关数据代入理论模型进行计算分析，判断绝缘子表面实际情况。比如漏电电流是反映绝缘子污秽程度的重要指标，可以检测漏电电流大小及其分布情况，进而判断绝缘子的表面状态。相关计算过程可以利用系统中内置的算法程序进行处理即可。

3 结束语

受到周围环境因素的影响，特高压输电线路运行过程中的故障率通常比较高。基于此，通过先进的在线监测技术，对输电线路的运行状态信息参数进行实时采集并分析，及时掌握输电线路的情况，能极大降低线路的故障率，提升特高压输电线路的运行稳定性和可靠性。目前使用较多的监测技术包括环境参数监测技术、杆塔倾斜监测技术、线路覆冰监测技术、图像视频监测技术等。本文主要对当前常见的状态监测技术进行了介绍，分析了在特高压输电线路中的应用。