晋中地区输电线路微气象及盐密监测系统应用

谢 强,朱瑞刚,熊 鹏

(1.晋中供电分公司,山西晋中 030600;2.武汉康普常青软件技术有限公司,湖北武汉 430073)

晋中地区输电线路微气象及盐密监测系统应用

谢 强1,朱瑞刚1,熊 鹏2

(1.晋中供电分公司,山西晋中 030600;2.武汉康普常青软件技术有限公司,湖北武汉 430073)

阐述了为有效防止电网污闪事故发生,利用先进的光传感技术对输电线路的微气象和盐密进行实时监测,取得了良好的效果,根据人工测量和系统测量的比对工作,得出试验结果,说明系统自动测量的污秽度不仅与人工方法测量的一致,并且系统连续测量的污秽度也完全符合运行经验,是一种科学、简单、准确、实时的监测手段。

光传感;光能损耗;盐密监测

随着晋中地区大气污染日趋突出和电网的扩大发展,使得污闪事故覆盖范围增大,电网的安全运行仍承受着大面积污闪的风险。“微气象及盐密在线监测系统”已先后在晋中供电分公司220 kV线路昔云线、榆白II回、绵安II回和绵安I回线安装并投入使用。该系统能够通过监测微气象和外绝缘设备污秽变化情况,可以准确地监测到人工测量方法不能测量的饱和污秽度,减少登杆风险,并利用所监测的实时污秽数据指导线路的状态检修。

1 技术原理

用光学传感器测量附着盐密的基本原理,就是基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理。当光波通过放置在空气中的无污秽特种石英玻璃棒时,绝大部分光功率将限制在石英玻璃棒中传输,由于特种石英玻璃纯度高,其本身的损耗很小。如图1所示,当石英玻璃棒上附有盐污时,由于盐污折射率 (n=1.54)大于石英玻璃的折射率,则石英玻璃棒在有盐污的地方会有部分光功率向外泄漏,使传输光功率产生衰减,即光通量减小。随着盐污的增加,对传输光功率的衰减就越大,光检测器检测到的传输光功率就越小。通过对光功率衰减量的变化数据的数字处理,就可以计算出附着盐污的盐密值。下面,将详细介绍系统测量盐密的推算过程。

图1 微气象及盐密在线监测系统技术原理

理论分析表明,石英玻璃棒上的光通量P与多种因素有关。它可以用公式 (1)表示,

n是石英玻璃棒与空气之间的界面的折射率,在无污染时就是空气的折射率。t是时间,石英玻璃棒上的污染随时间变化。n的变化规律与多个因素有关,是一个复变量函数,它可以表示为

S是大气环境的相对湿度,X是大气污染物的成分比,如尘埃与盐分比。D是盐密。

将式 (1)代入式 (2),得

由式 (3)可见,石英玻璃棒上的光通量与多种因素有关,许多因素都使玻璃棒与空气之间的界面折射率产生变化,对光能产生吸收和散射,减小光通量。透过石英玻璃棒进入大气层的能量大小和透过厚度与污染物质的组成成分、石英坡璃棒的尺寸、折射率分布和波长等参数有关。在给定条件下,理论透过厚度一般为波长数量级,即1～10μm。

2 系统的结构

该系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成。数据监测终端安装在送电线路杆 (塔)或变电站绝缘子附近,完成对现场污秽物 (盐密)以及微气象数据 (包括温度、湿度、风力、风向、气压数据)的实时监测。监测数据通过GSM无线网络以短信方式向监测中心发送,数据监测中心完成对监测数据的转换和处理。

2.1 盐密监测终端

盐密监测终端分如下几个部分。

a)太阳能接受器:提供主机工作电源,采用倾斜式结构。

b)光传感器:采集积污量。

c)主机:完成现场设备控制,并实时发射有关监测数据。

2.2 微气象监测终端

微气象监测终端包括温度、湿度、风速、风向、大气压强传感器。

现场终端需要固定安装在铁塔横担上,靠近某相绝缘子串。装置安装调试后即可投入运行,并不需维护。整个监测和数据传送自动完成。

主机主要由实时监测、数据通信和数据处理三部分组成,实时监测单元完成对现场污秽物及微气象参数的实时自动监测,数据通信单元完成实时采集数据的传送。本系统采用GSM短信发送方式,数据处理单元完成监测数据的转换和处理。现场终端装置可以存储3个月的盐密数据。

2.3 监测中心

a)信息收发模块:接收所控制监测终端发回的监测信息,可以存储3个月盐密数据,保障主机出现问题时,不会丢失监测信息。

b)主机:为计算服务器,具有强大的数据计算功能,完成对数据的存储、计算、分析等功能。

c)不间断电源:UPS,可为监测中心提供24 h的后备电源。

d)外设:打印机等输入、输出设备。

监测中心利用先进的数据并行处理算法解决了短信的多点并发问题,最多可以同时对999个监测终端进行监测信息收发、数据存储及分析工作。达到了99.999%的不丢包率。同时本监测中心还具有数据自动备份、系统自动恢复、强抗干扰等功能。

3 系统的安装情况 (见表1)

表1 微气象及盐密在线监测系统安装

4 系统工作情况

微气象及光传感器盐密在线监测系统自现场投运以来,设备运行稳定,系统实时监测盐密值与人工测量值基本一致,饱和盐密图与山西省电力系统污区分布图污秽等级基本一致。监测数据如表2、表3所示。

表2 晋中220 kV昔云线92号微气象数据

表3 盐密数据表

5 结论

微气象及盐密在线监测系统与人工盐密测量方法相比,在准确测量等值盐密法无法测量的实时盐密和饱和盐密值的基础上,节约了人力、物力,而且提供了微气象数据,为输变电设备的清扫、评价外绝缘耐污能力、实现输变电设备状态清扫提供了决策依据。

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[3] 董玉明,张旭苹,路元刚,等.布里渊散射光纤传感器的交叉敏感问题 [J].光学学报,2007(2):3-5.

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Engineering App lication of M icro-m eteorology and ESDD Monitor for Transm ission in Jinzhong Shanxi

XIE Qiang1,ZHU Rui-gang1,XIONG Peng2
(1.Shanxi Jinzhong Electric Power Supp ly Company,Jinzhong,Shanxi 030001,China;2.Wuhan Kangpu Chang Qing Software Corporation,Wuhan,Hubei 430073,China)

In order to effectively p revent pollution flashover,Jinzhong Power Company o f Shanxi utilized light sensing technology to on-line supervising m icro-meteorology and ESDD on transm ission line,which gained good performance.Since Nov.of 2008 w hen network operation was on,manualmeasurement and this system measurement have been compared,the result of which indicates that the contamination degreemeasured by system is the same to that by manualmeasurement,and the results of the continuousmeasuring by system is completely consistent with operating experience,thus it is a scientific,simple,precise and timely monitoring technique.

op tical sensing;loss of lightenergy;ESDD monitoring

TM 726

B

1671-0320(2010)02-0021-03

2010-01-15,

2010-03-02

谢 强 (1964-),男,1990年毕业于华北电力学院电力系统及自动化专业,工程师,主要研究方向为输电线路运检维护、科技革新及人员培训等;

朱瑞刚 (1971-),男,1996年毕业于山西大学电力系统及自动化专业,工程师,主要研究方向为输电线路运检维护、科技革新及人员培训等;

熊 鹏 (1981-),男,2006年毕业于武汉大学工业电气自动化专业,硕士,工程师,主要研究方向为工业电气自动化。