状态监测与运行监测在输电线路监测中的应用

2013-09-07蔡发明

中国新技术新产品 2013年21期

蔡发明

（绵阳启明星集团有限公司电力建设公司，四川绵阳 621000）

1 不同种类的输电线路在线监测技术

1.1 概述

输电线路的在线和研究检测技术在应用时会受到两个因素的影响，一个是线路上监测装置的电源，另一个是监测数据的传输通信。现代科技技术日益发展，通讯电子技术和传感技术也是如此。因此，各式各样的输电线路在线监测设施被相关的技术人员发明出来。比如，导线摆动监测系统、杆塔倾斜监控系统、导线覆冰等在线监测等监测系统都被研发运用。

1.2 输电线路的在线监测在覆冰情况下的运用

导线覆冰监测，首先离不开后台诊断分析，只有在此基础上才能完成对监测数据的操作，获取准确的监测数据，将事故消灭在萌芽之中。此外，管理人员还应对监测系统发送来的警报做到及时接收、正确判断和处理，才可以有效的防止各种线路故障的发生。

输电线路的在线监测在覆冰情况下的运作原理如下。（1）根据监测线路张力反应。由于绝缘子上装有传感器，因此可以有效的实现对覆冰后的各种各样状况进行监测。此外，还可以实现各种参数的采集。然后将这些收集到的信息及时的传送到后方监控中心。后方的监控中心对这些数据进行处理，比如：计算和理论修正。在此之后发布冰情预报信息，发出除冰警报。（2）覆冰状况可以通过监测导线的倾斜角和弧度得到准确的反应。

覆冰技术的参数包含覆冰的平均厚度以及覆冰的重量等信息，参数的获得需要一系列程序。首先，应用导线倾斜角度和弧垂对信息进行收集。然后，进行对比和分析，对象是气象环境参数、线路参数和输电线路状况方程。最后，经过分析和比较后，计算参数。通过这些参数可以对进输电线路覆冰的危险进行分析，判断出危险的等级。这样，就可以发出除冰信息了。上面提到的第—个原理应用了绝缘子上有传感器这一点，因此将应力传感器经过实验和安全性论证做为前提条件。另—个原理是：只要线路的参数保持稳定，那么线路运行的安全性也基本上不会出现什么变动。上面介绍了两类解除高压输电线路覆冰的方案，尽管不能得出档内各段导线的覆冰形态的结论，但是可以肯定的是导线覆冰的张力大小决定了高压输电线路的覆冰厚度。

图1

1.3 输电线路导线风偏在线监测的应用

导线风偏（舞动）是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，常常造成线路跳闸、导线电弧烧伤、断股、断线等严重后果。由于近些年来我国输电线路发生的导线风偏、舞动、弧垂闪络跳闸事故较多，导致了线路跳闸停运，给电网的安全稳定运行造成了较大的危害，并且风偏的发生常伴有大风和雷雨现象，给故障的判断及查找带来一定的困难。要想实施科学合理的预防风偏的方案，就必须依靠气象采集单元、风偏采集单元，把采集的气象参数、风偏角、倾斜角，通过无线网络方式向风偏监测系统发送，系统完成对监测数据的转换和处理，发出导线风偏预警信息，便于运行部门在紧急状况下制定应对措施。也可以对输电线路杆塔上最大的瞬时风险采精确的记录。同时，风偏监测系统记录导线运动的轨迹以及风压不均等状况，为输电线路运行提供历史监测数据资料，对后期的线路设计时考虑气候条件、设定预防水平提供可靠依据。

1.4 输电线路杆塔倾斜监测系统

煤矿采空区上面的覆岩会出现一些意外的状况，这和自然力、重力以及其它因素有着密不可分的关系。这些意外的状况会引发许多问题，比如：岩面的裂缝、滑坡以及地面的塌陷等各式各样的地质灾害。这些地质灾害会引起杆塔基础变形以及采空区杆塔倾斜，严重时造成倒杆断线，危及输电线路安全运行。

正在运用的杆塔顷斜度监测系统，可以在全球移动通信信号覆盖的范围监控杆塔倾斜度，实现越限报警。通过对杆塔倾斜，基础移位和塔材变形等情况的发现，可以及时的选择应对措施，从而让电网的安全运行得到进一步的保障。

电网的正常运行还会受到许多因素的干扰，比如：铁塔荷载大，偏远山区通信网络的信号不强，一些外界的因素会干扰特高压结路中塔头无线电。针对这种情况，可以研制和开发特高压GSM杆塔倾斜监测报警装置系统。此装置系统可以对高压线路的运行状况进行监控。

图2 局部放电量测量的接线原理及等价回路

1.5 输电线路导线舞动监测

导线舞动损害线路会造成塔材和螺丝变形或折断，甚至金属断裂和导线落地，造成大面积的停电或电网重大事故。因此，有必要进行导线舞动在线监测技术的进一步研究，通过观测和记录导线舞动状况，就可以顺利的实现易舞线路和易舞分布图的绘制，易舞线路和易舞分布图的绘制是进行线路防舞设计的重要依据。对档距和线路的情况进行分析，在一档导线中装配导线摆动监测仪。同时收集3个方向的加速信息，根据监测点加速度信息的计算分析和线路参数情况，可以获取舞动半波数和计算导线运行轨迹的相关参数。从得到的信息分析，对可能会发生的舞动危害进行预测，在此基础上可以完成发出报警信息，及时调整系统运行方式，减少甚至避免电网事故的发生。

2 在线监测技术在特高压线路中的使用

2.1 基本的要求

特高压线路安全运行的意义是建立在在线监测技术在特高压线路中的可行性基础上的。特高压线路在线监测系统和在线监测技术的实现有以下5个要求：（1）1000kV特高压必须安装在特高压在线监测系统中，但是有一个前提，即不要干扰电气性能的可靠性。在此情况下，电气性能的可靠性才能得到有效的保证。同时，1000kV特高压交流线路的电晕要求才能得到满足。（2）保证线路机械性能可靠。特高压在线监测系统中的设备一定要保证其一切正常，防止其对线路造成威胁，带来危险。（3）由于

线路运行人员要进行高空作业，因此在特高压在线监测系统下进行设备安装一定要简单、方便和可靠。（4）特高压线路压迫在稳定的状态下运行，这样才能抵御特高压线路电磁场。同时，当出现恶劣天气状况时就可以不用连接外部电源进行各种维修。（5）对在线监测数据实行统一的，需要注意的是数据传输方式和存储方式必须符合规范和标准。

2.2 应用的范围

如果想实现特高压线路中应用在线监测技术的正常运作，就需要依靠稳定、安全的线路。同时，秉持突出重点和体现差距的原则，对数据进行积累。在这个原则的指导下，6个在线监测系统的应用范围需要注意：（1）重要交叉跨越上需要安装覆冰在线监测系统，这些系统同时需要和输电线路视频监控装置相互配合，只有这样才能发挥作用。（2）微气象区和微地形区需要配备导线风偏和气象设备，同时需要对风偏数据进行监测和记录。在此基础上，根据这些数据对气象条件、运行、设计等进行全面的分析和研究。这样就能增强高压输电线路对强风的抵抗能力。（3）煤矿采动的影响区内需要配备杆塔倾斜监测装置，及时对杆塔倾斜的情况进行监测。通过这些措施可以对线路事故进行监测以及预防。（4）将微风振动监测系统安装在大跨越线路上。（5）舞动易发的区域需要安装舞动监测装置，这样就可以实现对导线舞动的曲线以及波数等进行监控和分析的目的。（6）一些重要跨越、大跨截止线路和特备偏远的区域需要安装监测装置。这样特殊地段的监控就可以实现。

3 电力电缆运行监测技术

3.1 分布式光纤测温技术

分布式光纤测温技术的工作原理是：光在光纤中输送时，在每一点上激光都会与光纤分子相互作用，进而后向散射就会发生。后向散射既Rayleigh散射，又有Raman散射。分布式光纤测温系统的构成主要有：1台主处理机，1台当地控制电脑，1台远端用户控制电脑，1条或几条传感光纤。分布式光纤测温被广泛的使用在电力电缆全线中，可以实现全天候的实时测量。它能合理、合理调节电缆的载流量，有效的防止电缆及隧道发生火灾的发生。

3.2 局部放电量的测量

电场强度有时会超过绝缘介质的耐电强度，该点的局部就会被击穿，因此放电现象就会产生，这时就需要进行局部放电量的测量，这样就能及时的发现电缆和附件中的缺点。局部放电量的测量局部放电量测量的接线原理及等价回路见下图2。

3.3 红外热成像技术监测热故障

根据辐射理论，只要物体的温度高于绝对零度，无论什么时候，什么地点都会向外辐射红外线，发射辐射能量。这些红外线用人眼是看不见的。同样，当带电电缆线路出现了热故障，就会形成热场，并且向外辐射能量。运用红外成像仪的光扫描系统，热场可以被形象的反映在荧光屏上。从热像图中可以分析出热场中的最高温度点，这个最高温度点即热故障点。尽管电缆线路热故障有很多种，但是可以被分为两类，一类是接触热故障，另一类是绝缘材料固有缺陷以及变质老化。