馬玉新

摘 要：根據(jù)山區(qū)輸電線路的運(yùn)行狀況，選取典型的輸電線路作為研究對(duì)象，研究各類故障情況。結(jié)合國(guó)內(nèi)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和在線分析，整合在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)逐步消除山區(qū)輸電線路故障隱患。

關(guān)鍵詞：輸電線路；故障預(yù)測(cè)；在線監(jiān)測(cè)；智能化監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.107

1 項(xiàng)目背景

大悟縣地處湖北與河南交界，境內(nèi)地形多為山區(qū)。山區(qū)輸電線路易遭受雷電、大風(fēng)、冰雪、山火等自然災(zāi)害和外力破壞因素的影響而無(wú)法正常運(yùn)行。

我們選取位于大悟縣山區(qū)110 kV悟新線作為本次的研究對(duì)象。110 kV悟新線投運(yùn)于1989年，是大悟縣公司的重要供電線路之一。歷史上110 kV悟新線曾發(fā)生覆冰和導(dǎo)線舞動(dòng)，也曾發(fā)生雷擊故障。近年來(lái)，110 kV悟新線多次因故障停運(yùn)。

2 國(guó)內(nèi)在線監(jiān)測(cè)研究概況

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修工作的開(kāi)展，輸電線路狀態(tài)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)成為輸電線路運(yùn)維的重要手段。

目前輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有：①圖像監(jiān)測(cè)方面僅限于圖片抓拍和視頻瀏覽，未對(duì)視頻和圖像進(jìn)一步智能處理，未從中提取出輸電線路狀態(tài)信息；②視頻經(jīng)GPRS或3G通訊模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，因是連續(xù)視頻數(shù)據(jù)傳送，流量費(fèi)用較高；③輸電線路受外力破壞時(shí)，主要依靠連續(xù)視頻記錄作為現(xiàn)場(chǎng)記錄，預(yù)警則需專職人員實(shí)時(shí)查看視頻信息；④桿塔傾斜采用的傾角監(jiān)測(cè)因受桿塔本身振動(dòng)的影響，誤差較大，不能真實(shí)反映桿塔基礎(chǔ)失穩(wěn)的真實(shí)狀態(tài)；⑤輸電線路在覆冰條件下的舞動(dòng)沒(méi)有建立模型來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)生的危害。

本項(xiàng)目主要在現(xiàn)有輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，在提高可靠性、實(shí)用性和有效控制成本的前提下解決上述問(wèn)題。

3 在線監(jiān)測(cè)綜合平臺(tái)應(yīng)用前景

在線監(jiān)測(cè)綜合平臺(tái)應(yīng)用前景主要有：①建立110 kV悟新線線路舞動(dòng)、覆冰仿真模型，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，擬合和修訂輸電線路舞動(dòng)及覆冰模型以及模型中的參數(shù)，提高模型的精度。根據(jù)中、短期氣象預(yù)報(bào)，可以對(duì)輸電線路覆冰情況進(jìn)行預(yù)警。②解決輸電線路走廊火焰煙塵預(yù)警，在輸電線路跨越農(nóng)田耕地、山火頻發(fā)、煙花爆竹燃放的地區(qū)，減少走廊火焰煙塵引起的事故。③輸電線路基礎(chǔ)開(kāi)挖、礦區(qū)采空、滑坡、泥石流等原因引起的基礎(chǔ)失穩(wěn)，在受到線路覆冰或大風(fēng)使桿塔動(dòng)態(tài)載荷增加時(shí)，桿塔會(huì)破壞性傾斜甚至傾覆。基于輸電線路塔線系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)檢測(cè)和分析的方法能有效解決該問(wèn)題。④本項(xiàng)目采用的技術(shù)能在破壞發(fā)生之前發(fā)出預(yù)警，并在外力破壞過(guò)程中通過(guò)視頻或照片記錄現(xiàn)場(chǎng)，為事故后的責(zé)任分析提供翔實(shí)的佐證。⑤在防雷、污穢在線監(jiān)測(cè)方面，運(yùn)用現(xiàn)在較成熟的技術(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，集成到本項(xiàng)目中，能有效解決輸電線路雷擊隱患，并實(shí)現(xiàn)污穢程度在線監(jiān)測(cè)。⑥本項(xiàng)目采用高性能和較強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)直接運(yùn)行視頻處理和振動(dòng)信號(hào)分析，直接得出預(yù)警輸出。

4 具體實(shí)施方案

4.1 智能化監(jiān)控主站研制

采用數(shù)據(jù)庫(kù)及SVG、CIM實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖模一體化建模，并開(kāi)發(fā)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的高級(jí)分析功能以及與SG186系統(tǒng)接口等。

4.2 智能化監(jiān)控終端研制

現(xiàn)場(chǎng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有多路視頻輸入、視頻本地存儲(chǔ)、作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器上位機(jī)等功能。實(shí)現(xiàn)桿塔周圍視頻數(shù)據(jù)采集和架空線路通道視頻數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)上位機(jī)發(fā)來(lái)的指令，通過(guò)無(wú)線通訊模塊將視頻數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。

數(shù)字視頻監(jiān)控是指經(jīng)前端視頻采集設(shè)備采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息并進(jìn)行數(shù)字化處理，然后經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至后端顯示設(shè)備， 供監(jiān)控人員決策、反應(yīng)。數(shù)字視頻監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①遠(yuǎn)程監(jiān)控中心視頻點(diǎn)播。操作人員可根據(jù)需要實(shí)時(shí)點(diǎn)播視頻和終止視頻瀏覽、傳輸和存儲(chǔ)，也可設(shè)定相應(yīng)功能的工作時(shí)段。②監(jiān)控中心云臺(tái)控制。監(jiān)控中心可控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置攝像頭巡航路徑和周期等。③根據(jù)振動(dòng)分析結(jié)果和圖像視頻識(shí)別，決定是否啟動(dòng)主動(dòng)視頻傳輸和存儲(chǔ)視頻信息。④晝夜智能識(shí)別。自動(dòng)識(shí)別白天還是晚上，決定是否開(kāi)啟攝像頭。

4.3 覆冰圖像檢測(cè)

采用邊緣檢測(cè)算法解決輸電線路覆冰厚度的可靠檢測(cè)問(wèn)題，通過(guò)攝像頭拍攝，將圖像經(jīng)過(guò)灰度處理、圖像微分銳化處理、二值化處理后，可得到冰的邊緣。

4.4 導(dǎo)線舞動(dòng)圖像識(shí)別與建模

4.4.1 導(dǎo)線舞動(dòng)建模

導(dǎo)線舞動(dòng)的三自由度模型不僅考慮導(dǎo)線覆冰特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及流固耦合的影響，也考慮垂直、水平及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間的耦合關(guān)系，較全面地反映導(dǎo)線舞動(dòng)的特性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻記錄的線路覆冰、舞動(dòng)圖像可用于擬合三自由度模型中的計(jì)算參數(shù)，提高模型的準(zhǔn)確性。

4.4.2 導(dǎo)線舞動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真研究

根據(jù)氣象預(yù)報(bào)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)模型，可算出線路舞動(dòng)關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，例如舞動(dòng)的最大振幅、覆冰厚度、導(dǎo)線張力等。當(dāng)計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果超過(guò)禁戒值時(shí)，給出報(bào)警信息。

4.5 火焰煙塵檢測(cè)

本項(xiàng)目采用基于圖像處理的火災(zāi)監(jiān)控方法。通過(guò)高精度的CCD 圖像傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的視頻，并在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用圖像處理技術(shù)對(duì)火焰煙塵圖像進(jìn)行識(shí)別。

4.6 振動(dòng)檢測(cè)與動(dòng)力學(xué)分析

本項(xiàng)目提出使用非線性動(dòng)力學(xué)分析輸電線路桿塔特性，獲取其基礎(chǔ)失穩(wěn)判據(jù)。通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)獲取桿塔固有振動(dòng)信號(hào)，然后根據(jù)桿塔固有振動(dòng)信號(hào)的變化來(lái)分析桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性及外力變化，從而有效獲取失穩(wěn)判據(jù)。

4.7 輸電線路防雷監(jiān)測(cè)

記錄線路遭受雷擊數(shù)量，并使用無(wú)線技術(shù)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控終端系統(tǒng)。

4.8 絕緣子污穢在線監(jiān)測(cè)

利用泄漏電流沿面形成的原理，在絕緣子接地側(cè)通過(guò)引流卡或電流傳感器在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏電流，通過(guò)無(wú)線傳輸將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄芑O(jiān)控主站。

4.9 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在桿塔監(jiān)控系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)由多個(gè)部分構(gòu)成，間歇性工作系統(tǒng)功耗較低，加入儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)不工作時(shí)充電，工作時(shí)再放電。對(duì)桿塔上監(jiān)控系統(tǒng)而言，其功耗主要由視頻處理和系統(tǒng)控制核心板卡、3G無(wú)線通訊模塊、振動(dòng)傳感器和無(wú)線通訊模塊等組成。由于桿塔上各個(gè)部分功耗較高，且為核心板卡持續(xù)供電時(shí)功耗較大，為此，供電采用太陽(yáng)能電池板配合可充電鋰電池方式供電。

5 結(jié)束語(yǔ)

上述各功能模塊已有成熟產(chǎn)品，實(shí)施較為方便。110 kV悟新線安裝在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)后，對(duì)線路可能發(fā)生的各類故障情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和在線分析，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)，逐步消除山區(qū)輸電線路故障隱患。

〔編輯：王霞〕

Abstract： According to the health of the mountains of transmission lines， transmission lines typically selected as the research object， all kinds of fault conditions. Combined with the on-line monitoring technology forecasting and online analysis， integrated online monitoring platform， and gradually eliminate risks through the mountains transmission line fault-line monitoring.

Key words： transmission line； failure prediction； line monitoring； intelligent monitoring