國(guó)網(wǎng)揚(yáng)州供電公司 林芝茂 朱翔宇

1 引言

輸電線路構(gòu)成元器件種類較少但數(shù)量較多，其中任何一個(gè)元器件出現(xiàn)故障都可能會(huì)導(dǎo)致整條輸電線路停運(yùn)，從而阻礙電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是確保輸電線路及電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及安全性的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置及技術(shù)能夠準(zhǔn)確評(píng)估輸電線路運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行安全隱患并且進(jìn)行預(yù)警，便于維修人員采取針對(duì)性運(yùn)行維護(hù)技術(shù)措施。

2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

2 .1 在線監(jiān)測(cè)機(jī)理分析

輸電線路元器件在自然災(zāi)害、惡劣環(huán)境、污穢積累、缺陷惡化發(fā)展等因素的影響下，會(huì)出現(xiàn)具備一定征兆且少量漸進(jìn)的故障，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)則能夠獲取輸電線路運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，并且通過(guò)經(jīng)過(guò)分析處理的數(shù)據(jù)信息預(yù)測(cè)元器件可能出現(xiàn)的故障及剩余壽命，同時(shí)發(fā)出預(yù)警信息[1]。

具體來(lái)講，輸電線路元器件故障一般不會(huì)瞬時(shí)發(fā)生，性能退化至潛伏故障P 點(diǎn)后才會(huì)表現(xiàn)為可探性故障，發(fā)展到功能故障F 點(diǎn)后便會(huì)引發(fā)安全事故，進(jìn)行輸電線路運(yùn)行維護(hù)的目標(biāo)便是在P—F 時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防故障。不同類型輸電線路元器件的P—F 時(shí)間間隔不一，最短僅為數(shù)個(gè)小時(shí)，最長(zhǎng)則能達(dá)到幾年，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)則能夠在P—F 時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路的有效監(jiān)測(cè)，做到對(duì)輸電線路運(yùn)行參數(shù)變化的及時(shí)追蹤，從而完成對(duì)于輸電線路運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 在線監(jiān)測(cè)功能類型

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)同時(shí)融合了低功耗技術(shù)、抗干擾技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、能源管理技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，能夠支持在線監(jiān)測(cè)裝置元件集成化、通信網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)數(shù)字化、顯示可視化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路本體及周圍環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)及智能化測(cè)量。在線監(jiān)測(cè)功能主要包括微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、風(fēng)偏監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、覆冰監(jiān)測(cè)、弧垂監(jiān)測(cè)、舞動(dòng)監(jiān)測(cè)、絕緣子污閃監(jiān)測(cè)。

3 在線監(jiān)測(cè)裝置在輸電線路運(yùn)維中的運(yùn)用分析

3.1 微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)采集微風(fēng)振動(dòng)信號(hào)，即輸電線路在微風(fēng)影響下的振動(dòng)幅度和頻率，從而在線分析導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)水平，一方面判斷導(dǎo)線的疲勞程度及剩余壽命[2]；另一方面總結(jié)導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)水平與天氣變化之間的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上制定導(dǎo)線防振措施。微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導(dǎo)線振動(dòng)幅度監(jiān)測(cè)范圍為0～1.3mm，導(dǎo)線振動(dòng)頻率監(jiān)測(cè)范圍為0～150Hz。

3.2 風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)傾角傳感器實(shí)時(shí)采集絕緣子串監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)偏角，同時(shí)根據(jù)導(dǎo)線架設(shè)桿塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算桿塔之間的空氣間隙，以此作為預(yù)警值，當(dāng)絕緣子串風(fēng)偏角超過(guò)正常范圍或桿塔空氣間隙接近預(yù)警值時(shí)，裝置會(huì)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)風(fēng)偏故障的輸電線路，可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置開展對(duì)線路的24h 不間斷在線監(jiān)測(cè)，直到找出風(fēng)偏故障發(fā)生原因，在此基礎(chǔ)上采取故障解決措施，并且完善后續(xù)風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)及巡檢方案。

風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：絕緣子串風(fēng)偏角監(jiān)測(cè)范圍為-90～90°，絕緣子串風(fēng)偏角監(jiān)測(cè)誤差范圍為-0.05～0.05°，環(huán)境風(fēng)速測(cè)量范圍為0～60m/s，環(huán)境風(fēng)速監(jiān)測(cè)誤差范圍為（0.5+0.03標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值）m/s。

3.3 溫度在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集輸電線路運(yùn)行溫度，當(dāng)運(yùn)行溫度接近或超過(guò)接近預(yù)警值時(shí)，裝置會(huì)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。并且總結(jié)輸電線路運(yùn)行溫度與天氣變化、導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容之間的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上制定導(dǎo)線在線監(jiān)測(cè)及巡檢方案[3]。溫度在線監(jiān)測(cè)裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導(dǎo)線運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)范圍為-50～120℃，導(dǎo)線運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)誤差范圍為-0.2～0.2℃，導(dǎo)線運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)分辨率為0.1℃。

3.4 覆冰在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)拉力傳感器實(shí)時(shí)采集輸電線路拉力，通過(guò)傾角傳感器實(shí)時(shí)采集絕緣子串傾斜角及風(fēng)偏角，通過(guò)遠(yuǎn)端攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集輸電線路運(yùn)行參數(shù)及導(dǎo)線搭設(shè)桿塔現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入修正理論模型及專家知識(shí)庫(kù)，從而掌握導(dǎo)線的覆冰情況、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展特征，在此基礎(chǔ)上制定導(dǎo)線防冰除冰措施。

覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：導(dǎo)線覆冰厚度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度為5%，導(dǎo)線覆冰重量監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度為5%，最大像素為752×582，變倍數(shù)為18倍，云臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～360°，云臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°，最大預(yù)置位數(shù)為9路，最長(zhǎng)無(wú)陽(yáng)光運(yùn)行天數(shù)為30d，數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔為1h。

4 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的運(yùn)用分析

4.1 輸電線路弧垂監(jiān)測(cè)

輸電線路弧垂有一定范圍要求，如果超過(guò)正常范圍便會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，從而損害電力系統(tǒng)；如果低于正常范圍便會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線應(yīng)力過(guò)大情況，從而導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂問題。此外，輸電線路弧垂變化影響會(huì)隨著外界環(huán)境變化而改變，例如，在大風(fēng)環(huán)境下，線路弧垂超過(guò)正常范圍可能會(huì)造成導(dǎo)線交纏問題[4]；在雷雨環(huán)境下，線路弧垂超過(guò)或低于正常范圍可能會(huì)造成送電問題。

在輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，傳感器能夠獲得輸電線路弧垂實(shí)際情況，如果導(dǎo)線弧垂超過(guò)正常范圍，則通過(guò)角度探測(cè)器測(cè)量導(dǎo)線弧垂角度，通過(guò)傾角法對(duì)傾角進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)輸電線路弧垂調(diào)整方案。同時(shí)強(qiáng)化對(duì)于周邊環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)，全面收集導(dǎo)致輸電線路弧垂變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對(duì)于輸電線路弧垂故障的在線診斷及在線解決。

4.2 輸電線路溫度監(jiān)測(cè)

輸電線路自身溫度及運(yùn)行環(huán)境溫度均會(huì)影響其運(yùn)行情況，從而導(dǎo)致溫度故障，只有實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)才能夠準(zhǔn)確判斷可能發(fā)生的故障。不同架設(shè)區(qū)域?qū)τ谳旊娋€路自身溫度及運(yùn)行環(huán)境溫度的要求不同，表示需要結(jié)合架設(shè)區(qū)域?qū)嶋H情況及溫度要求選擇溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)，目前大部分溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

輸電線路溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)包括接觸式監(jiān)測(cè)和非接觸式監(jiān)測(cè)兩種，接觸式在線監(jiān)測(cè)的原理為物理熱平衡原理，即溫度傳感器通過(guò)直接接觸獲得輸電線路實(shí)時(shí)溫度，同時(shí)上傳至監(jiān)測(cè)中心，完成對(duì)于輸電線路溫度變化的在線監(jiān)測(cè)；非接觸式線監(jiān)測(cè)的原理為能量輻射原理，即光電探測(cè)器在不直接接觸輸電線路的情況下獲取溫度信號(hào)，因此要求測(cè)溫導(dǎo)線與測(cè)溫探頭之間不存在物體遮擋情況[5]。在輸電線路溫度在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于溫度超高故障的全天候監(jiān)測(cè)分析，并且在溫度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)、顯示高溫點(diǎn)坐標(biāo)位置，便于及時(shí)采取降溫措施；能夠通過(guò)在線監(jiān)測(cè)模式及相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)程計(jì)算導(dǎo)線的具體載流量，從而推算導(dǎo)線溫度正常范圍，完成對(duì)于輸電線路溫度的在線診斷。

4.3 輸電線路冰閃監(jiān)測(cè)

在嚴(yán)寒天氣下，輸電線路易出現(xiàn)冰雪覆蓋情況，導(dǎo)致冰閃故障。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于輸電線路冰閃故障的及時(shí)排查，從而預(yù)防由于覆冰導(dǎo)致的輸電線路故障。

在輸電線路冰閃在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可以通過(guò)輸電線路拉力在線測(cè)試判斷導(dǎo)線是否存在冰體覆蓋情況，即在絕緣子串位置處設(shè)置拉力傳感器，以此獲得導(dǎo)線拉力數(shù)據(jù)，同時(shí)收集溫度、濕度、風(fēng)力等環(huán)境數(shù)據(jù)，將所有在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心，隨后獲得導(dǎo)線覆冰反饋信息，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)處理措施?？梢酝ㄟ^(guò)輸電線路弧垂、傾斜角度等在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算導(dǎo)線重量，從而判斷導(dǎo)線的覆冰情況，并且根據(jù)導(dǎo)線正常重量計(jì)算導(dǎo)線覆冰量，在此基礎(chǔ)上判斷冰閃故障嚴(yán)重程度，同時(shí)采取相應(yīng)處理措施。

4.4 輸電線路舞動(dòng)與風(fēng)偏監(jiān)測(cè)

大部分輸電線路需要跨越高速公路或鋪設(shè)于山林之間，導(dǎo)致輸電線路的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，線路架設(shè)塔桿距離一般設(shè)置為極限距離，線路出現(xiàn)舞動(dòng)故障的概率便會(huì)增加。此外，部分輸電線路架設(shè)塔桿會(huì)設(shè)置在山頂，增加了風(fēng)力變化對(duì)于線路運(yùn)行的不利影響，使得線路在大風(fēng)天氣下容易出現(xiàn)舞動(dòng)故障。輸電線路舞動(dòng)故障會(huì)加重線路的磨損情況，從而引發(fā)線路架設(shè)塔桿坍塌及導(dǎo)線斷裂等問題，導(dǎo)致大面 積停電事故。

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)完成對(duì)于絕緣子串風(fēng)偏角度的定期測(cè)量，同時(shí)收集和分析絕緣子串仰角、輸電線路跳線、監(jiān)測(cè)地區(qū)封片狀態(tài)等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，從而預(yù)防由于風(fēng)偏導(dǎo)致的輸電線路舞動(dòng)故障，并且根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化輸電線路絕緣子設(shè)計(jì)；強(qiáng)化對(duì)于周邊環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)，預(yù)防由于大風(fēng)天氣導(dǎo)致的輸電線路舞動(dòng)故障。在輸電線路舞動(dòng)與風(fēng)偏在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，傳感器能夠?qū)⑤旊娋€路的舞動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，同時(shí)將經(jīng)過(guò)加工和處理的電流信號(hào)上傳至監(jiān)測(cè)中心，隨后通過(guò)接收到的電流信號(hào)判斷輸電線路舞動(dòng)信息，做到通過(guò)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)診斷輸電線路舞動(dòng)故障；輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)支持可視功能，能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)視頻畫面掌握輸電線路運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)得到關(guān)于線路坐標(biāo)系的圖像資料，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用科學(xué)計(jì)算方法對(duì)線路風(fēng)偏角度、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行計(jì)算，完成對(duì)于輸電線路舞動(dòng)故障的在線診斷。

5 輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)強(qiáng)化措施

5.1 提高輸電線路穩(wěn)定性

確保輸電線路穩(wěn)定性是應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的前提條件，當(dāng)輸電線路能夠在大風(fēng)、降雨、降雪等惡劣天氣下保持穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)線坍塌問題發(fā)生概率便會(huì)下降，各項(xiàng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也能夠獲得更多輸電線路運(yùn)行數(shù)據(jù)。這需要強(qiáng)化對(duì)于輸電線路的日常維護(hù)和運(yùn)行檢修，并且不斷對(duì)建設(shè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路在線監(jiān)測(cè)預(yù)警功能的逐級(jí)建設(shè)，形成逐層報(bào)警、逐步通知的預(yù)警報(bào)警模式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常參數(shù)，避免輸電線路整體運(yùn)行受到不利影響。

5.2 強(qiáng)化智能算法應(yīng)用

目前，智能計(jì)算方式在輸電線路在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用還處于起步階段，這使得在線監(jiān)測(cè)技術(shù)手段獲得的輸電線路運(yùn)行數(shù)據(jù)不夠充足，也就無(wú)法開展進(jìn)一步研究分析。為此需要強(qiáng)化對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能算法的應(yīng)用，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)的充分分析及海量統(tǒng)計(jì)，一方面提高在線監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量；另一方面根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建故障智能診斷系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路故障的自動(dòng)分析、診斷、分類、處理，為維修人員開展維修作業(yè)提供參考。同時(shí)可以根據(jù)輸電線路在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)各個(gè)元件及區(qū)域出現(xiàn)故障的規(guī)律，以此制定針對(duì)性檢修規(guī)劃及故障處理方案，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障頻發(fā)區(qū)域的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠通過(guò)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)預(yù)測(cè)元器件可能出現(xiàn)的故障及剩余壽命同時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，在線監(jiān)測(cè)功能類型主要包括微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、風(fēng)偏監(jiān)測(cè)、微氣象監(jiān)測(cè)等?；诰€監(jiān)測(cè)機(jī)理及功能，在線監(jiān)測(cè)裝置可以運(yùn)用于輸電線路微風(fēng)振動(dòng)、風(fēng)偏、溫度、覆冰在線監(jiān)測(cè)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以運(yùn)用于輸電線路弧垂、溫度、冰閃、舞動(dòng)與風(fēng)偏、絕緣子污閃監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸電線路故障的及時(shí)準(zhǔn)確診斷，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。為了強(qiáng)化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用，可以提高輸電線路穩(wěn)定性、強(qiáng)化智能算法應(yīng)用。