特高压直流输电线路在线监测系统的应用分析

韦舒天，汪 里，章旭泳

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

国家电网公司特高压±800 kV复奉线（向家坝—奉贤）直流示范工程投入商业运行已近一年，作为世界上首条特高压直流输电线路，当前尚缺乏成熟可靠、可供参考的运行经验。输电线路的安全可靠运行决定了整个特高压输电系统的稳定和安全，湖州电力局是特高压直流工程输电线路的运行单位之一，为了保障特高压线路的可靠运行，使其始终以良好的运行状态输送电能，特别建立了输电线路状态监测中心，采用先进的状态监测技术手段，实时监测特高压线路环境条件和运行参数，分析特高压输电线路的运行状态，为特高压输电线路运行积累经验。

1 特高压直流输电线路状态监测系统应用现状

湖州电力局输电线路状态监测中心集办公、监测、应急指挥于一体，具有安全预警、辅助决策、可视化管理等功能，能够实现对各类状态参量的采集、处理、存储、显示及应用，并通过与GIS（地理信息系统）平台融合，集成了动态的监测点信息和静态的电网信息，能够更好地掌握设备的运行状态。目前状态监测中心针对特高压±800 kV复奉线安装了导线覆冰、绝缘子风偏、微风振动、导线舞动、气象和视频图像等在线监测装置，初步具备了各子系统采集数据的整合、综合分析功能。

1.1 导线覆冰监测系统

系统通过在杆塔上安装监测装置，在定制的采样时间内完成线路导线覆冰雪后的重力变化（力传感器）、绝缘子串的倾斜角度、风偏角度、温度、湿度、风速、风向、大气压力、雨量等状态参量信息的采集。通过GPRS网络发送至监测中心，由监测中心的专家软件对覆冰雪荷载进行计算，根据覆冰生长机理、导线舞动、杆塔和金具强度校验以及绝缘子串冰闪的分析，判断该线路导线的覆冰雪变化趋势，由专家软件根据各种修正理论模型给出冰情预报，从而及时给出除冰信息，有效预防冰雪灾害事故的发生。

从2010年冬季特高压覆冰雪在线监测系统运行情况看，已多次监测到线路覆冰雪信息，视频监测和现场观测验证了系统监测结果正确。

1.2 绝缘子风偏监测

导线对杆塔构件发生放电的原因主要是因为强风天气下导线的实际摇摆角超过允许摇摆角，从而引发风偏放电。又由于原设计规程对风偏重现期规定的标准值偏低，设计裕度小，所以需要对易发生强风天气区域的杆塔加装绝缘子风偏监测装置。

风偏监测系统利用安装在导线上的角度传感器，对导线风偏角、导线倾斜角、最小电气间隙、工作温度等参数进行实时监测，及时给出风偏放电的预警信息，判断线路抵御强风的能力，然后通过GPRS网络发送至监测中心，供运行值班人员结合历史数据和各项统计参数进行分析。这些数据信息的采集、整理和分析可以使运行人员大致掌握该线段的线路风偏规律，指导线路改进设计，为运行部门制定防风偏措施提供依据。

1.3 微风振动监测

微风振动是造成高压架空线路疲劳断股的主要原因，而且其破坏为长期积累，隐蔽性强，因此对其进行监测可以为防振设计提供科学依据，同时可以为减弱微风振动提供监测手段。

微风振动监测装置主要通过对导线与线夹接触点外一定距离处的导线相对于线夹的弯曲振动幅值及振动频率进行连续监测采集，对导地线微风振动振幅及振动频率进行连续监测，记录实际振动数据，通过GPRS网络发送至监测中心，由专家软件在线分析判断导地线微风振动的水平，预测导地线的疲劳寿命，对线路防振效果进行评估。大量积累这类实时数据后，将有助于改进线路设计，提高线路运行水平。

1.4 气象监测

输电线路的气象监测主要是建立若干气象监测点，监测点位置以线路走廊的局部微气象区为主，实时测量线路的环境参数，包括风速、风向、气温、湿度、气压、降水强度和光辐射强度等。

气象监测参数的采集以及气候特征分析、气候灾害评价等综合分析报告有助于运行单位及时了解该线路区段的气候变化状况，对分析判断线路所处环境的恶劣程度及指导运行单位进行外绝缘配置都具有重要意义。

1.5 视频监测

视频图像在线监测是通过GPRS网络，定时对线路附近的石矿开挖、土地平整、铁路/公路建设、大型机械施工以及塑料大棚、高桅船只和林木快速生产区等外部情况进行采集，记录这些危险点的环境情况，及时发现违章和危害线路安全运行的行为，在大大减少运行人员蹲点守护劳动强度的同时，避免由于监控不到位造成的外力破坏事故。视频图像监测设备还可以配合覆冰监测、舞动监测等在线监测设备，记录线路覆冰雪和舞动等过程，使线路运行可控、能控、在控。

2 在线监测系统还有待探讨的问题

2.1 监测系统专家软件的适用性

现阶段由于监测数据的积累还不够充分，未达到制定分析判断标准的要求，预警阀值的设置还缺乏充分依据。导线覆冰监测、绝缘子风偏监测、导线微风振动和舞动监测都要基于相应的计算公式和数学模型，利用由计算公式和数学模型得出的数据进行预警预测，与实际运行还存在一定的差距。目前亟需不断积累监测数据量，还需对在线监测系统专家软件进行更深入的基础研究，使其能够更准确地处理监测数据，贴近运行实际，提高状态分析的准确性和智能化水平。

2.2 户外监测终端设备的稳定性

当前户外监测终端设备的能量供给主要依靠太阳能充电蓄电，且设备都要求24 h不间断运行。在连续阴雨天气时，太阳能供电不足将导致设备断电，造成监测终端无法正常工作。实际上，能源供给问题已成为制约监测系统可靠运行和满足运行部门实际需求的瓶颈之一。因此需要在终端设备的能量供给和降低设备运行功耗方面深入研究，综合应用超低功耗设计方案，如在终端设备中采用超低功耗电力电子部件，降低整机运行功耗，以提高监测设备的稳定性和可靠性。

2.3 数据通信问题

目前监测设备主要通过GPRS/CDMA数据通信网络进行数据传输，因受到带宽限制，需要将数据打包分批发送至后台服务器。对于数据量较小的纯数据监测设备而言，带宽已能满足生产需要，但是对视频图像监测系统来说，仅能传输分辨率较低的图像，而数据流量较大的视频文件则无法保证24 h不间断监控，仅能在有需要时由手动触发或者在后台专家软件中设置好触发时间（如0.5 h或更长时间）后自动触发。

由于输电线路地理位置较特殊，绝大部分数据和图像视频是通过无线传输或无线加有线的方式采集的，因此输电线路状态监测系统面临内外网信息安全传输的难点。目前，GPRS/CDMA/3G等公网传输的方式已有解决方案，即通过省电力公司无线安全接入平台予以接入，但是短距离无线加OPGW专网数据进入内网的问题目前依然无法解决。今后省电力公司若要全面推广输电线路状态监测系统，就必须解决上述安全接入的问题，同时还要考虑省电力公司无线安全接入平台的容量。

3 在线监测的管理

3.1 在线监测的布点原则

状态监测装置的布点原则是指监测点、监测线路及监测区域的选择原则，应根据线路的运行特点尤其是运行环境特点，以及监测种类的不同，合理选择布点范围。各类监测装置按其功能和应用目的进行选点，对同一走廊的多条线路或环境、气象条件相近的地区，在线监测装置的布点应统筹考虑；监测同一区段线路的多重参数时，宜采用一体化装置，避免重复建设。

3.2 历史数据积累的管理

输电线路状态监测设备众多，涉及大量的状态监测数据，且数据关系复杂、种类繁多，如何对这么多的数据进行有效存储、分析和利用，是首先需要考虑而且是较难解决的问题。

3.3 人才培养

状态监测人员必须具有丰富的专业知识，掌握基本的在线监测与故障分析能力，可以根据监测数据综合评价线路设备的健康水平，参与运行与检修决策，同时能够制定优化检修计划和检修工艺。运行单位要对员工进行正规的基础和专业培训，使其成为既熟悉计算机信息技术、又具备线路运检能力的高素质人员。

4 结语

特高压输电线路在线监测系统已能基本实现线路运行状态实时监测，通过专家软件平台直观给出设备实际状况，方便线路运行部门以监测数据信息平台为基础进行分析判断，为管理人员提供决策，并及时发现和处理事故隐患，保证特高压线路以良好的状态安全可靠运行。随着在线监测技术的不断发展，以及在线监测设备的准确性、灵敏性、可靠性的不断提高，能量补给、数据传输问题的逐步解决，输电线路在线监测系统将更好地为输电线路检修和运行提供安全保障。

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