输电线路在线监测系统的运行可靠性分析

岳灵平，张志亮，俞强，严峥，王志勇，刘平平

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江湖州313000）

输电线路在线监测系统的运行可靠性分析

岳灵平，张志亮，俞强，严峥，王志勇，刘平平

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江湖州313000）

输电线路在线监测装置可用率低的现状已对电网监测系统可靠运行造成了一定的威胁，因此，通过收集各类输电线路在线监测装置的运行情况资料，深入分析故障原因，从供电电源和运维质量两方面提出了提高输电线路在线监测装置可靠性的措施，并对输电线路在线监测装置的寿命要求及使用条件进行了可靠性评价。

输电线路；在线监测装置；可靠性；可靠性评价

0 引言

随着电网规模的日益扩大，对其运行状态进行实时监测显得极为重要，尤其是处在恶劣气象或复杂地形条件下的输电设备，往往难以对其及时高效地开展检修工作，这就对在线监测设备的运行可靠性提出了更高的要求。2010年以来，国家电网公司投入大量人力和物力，推进输电线路在线监测系统的建设，在华东、华北、华中等地的15家试点单位部署输电线路状态监测主站系统，包括导线温度监测、弧垂监测、微风振动和覆冰监测、舞动监测、污秽度监测、微气象监测、风偏监测等10类在线监测装置2 740套。根据相关输电线路在线监测数据调查统计，截至2012年初，跨区电网输电线路状态监测装置投运1 740套，正常运行1 328套，正常率为76.3%；网省公司输电线路状态监测装置5 244套，正常运行4 573套，正常率为87.2%。有些系统表面上运行正常，但监测量与实际值相差甚远，误差达50%以上。可见，监测数据可信度较差。

因此，必须尽快开展输电线路在线监测装置可靠运行技术研究，以改变输电线路在线监测装置可用率低的现状，切实发挥输电线路在线监测系统的作用，提高安全监控、安全预警能力，为状态检修工作提供保障，提升输电线路管理水平。

1 输电线路在线监测系统故障情况分析

1.1 故障种类及分布统计

输电线路在线监测装置总体运行情况良好，各厂家装置的故障类型基本一致[1]，主要集中在以下3类：

（1）监测装置至外网前置（CAG）链路问题比较多，原因主要有现场网络信号不稳定，导致信号时断时续；移动SIM卡故障以及国网富达的部分装置通过前置机往主站系统传数据的链路中断等。此类问题共计345个，占装置问题总数的41.67%。

（2）监测装置硬件损坏，主要由装置主控故障或传感器故障导致，此类问题共计308个，占装置问题总数的37.20%。

（3）监测装置软件程序不稳定或有缺陷，此类问题共计175个，占装置问题总数的21.14%。

以上各类故障统计如图1所示。

图1 各类问题统计

1.2 故障原因分析

1.2.1 外部环境因素

现场高温、低温交替，大风、暴雨、高湿度环境，雷电、高压感应电磁场环境，这些因素都会降低设备可靠性，但这些是无法回避的环境因素，是客观原因[2]。客观原因造成的可靠性低的问题可以通过优秀的产品设计加以解决。

1.2.2 产品质量因素

部分输电线路产品家庭作坊式设计和生产、拼装和组装成形，未经过严格的设计论证、产品试验、设计优化，产品生产缺乏严格可控的生产工艺，产品质量不稳定，是造成输电线路在线监测产品故障高发的主要原因。输电线路在线监测产品的质量问题主要体现在：

（1）主控及主机箱设计不合理。主控及机箱整合程度差，元件众多，功耗巨大，元件未达到恶劣环境使用条件；接口设计不合理，易松动和脱开；机箱防潮设计不当，密封处理不好，或根本未做散热、防潮、挡雨密封设计，使设备性能受到影响；SIM卡插槽及SIM卡未针对野外环境进行设计，造成SIM卡不适合在野外环境使用，存在易变形、高/低温性能差等缺陷；在输电线路上应用时存在GPRS，3G卡失效的现象。

（2）电池及风光发电机问题。电池容量低、体积大、高/低温性能差、质量差，缺乏电池保护控制设施，造成电池供电能力差、寿命短；发电机组（太阳能、风能等）与蓄电池未根据现场环境进行匹配性设计；发电机组和蓄电池匹配性差，质量、效率和寿命都大幅度降低。

（3）各类连接线问题。连接线、引线众多，未开展针对性、规范性、统一性设计，没有标准和接口，产品防护能力差，在野外环境中易老化、断裂。没有专用的附件固定设计，存在各类安全风险。图2为某产品安装后，塔顶的设备和引线情况。

图2 某在线监测装置安装情况

1.2.3 杆塔设计及在线监测装置施工、安装问题

目前，尚未对杆塔在线监测设备进行专用设计，未预留相应位置，因此，安装随意性大，接线凌乱。另外，由于厂家没有安装队伍，施工安装人员对设备不熟悉，又是高空作业，缺乏有效沟通，设备安装不规范，质量不可靠。如塔上安装线缆时固定不佳，在大风条件下线缆容易脱离固定位置，影响电气间隙，同时线缆的摆动使得接头松动或接头处的内部连接线断开，造成设备运行不正常。

1.2.4 其他问题

（1）图像视频监测装置存在的问题。有些产品因密封不好，导致水汽、昆虫等进入摄像机内部，导致摄像机部件失效或所拍摄的图片模糊；球形摄像机经长时间运行后，拍摄位置发生偏移，亚克力材质的保护罩表面积污、磨损，导致所拍摄的图片或视频清晰度不佳。

（2）气象监测装置存在的问题。机械式风力传感器经过长时间的运行后，机械运动部件往往会因积污、锈蚀产生卡涩等问题，导致测量失效；由于气象站通常安装于杆塔的上横担，曾有过气象站遭受雷击的记录。

2 提高输电线路在线监测系统可靠性

输电线路在线监测系统由前端在线监测装置、通信系统、CMA装置、后台应用服务系统构成。前端在线监测装置由于处在野外，环境恶劣，故障率最高，因此，重点研究前端在线监测装置的可靠性。前端在线监测装置一般由在线监测装置本体、通讯装置和供电电源装置等单元组成，而每个单元又由许多部件或元件组成。按照系统可靠性理论，系统可靠性等于各组成元件可靠性之积，因此要提高装置的可靠性，必须提高元件和部件的可靠性[3-4]。

2.1 提高供电电源可靠性

2.1.1 改善太阳能电池板及蓄电池性能

单晶硅太阳能电池板的光电转换效率约为15%，是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此坚固耐用，使用寿命可达20年，最高可达25年。由于硅材料电池板成本的不断降低，且薄膜电池板具有转换效率高和使用寿命长的优势，单晶硅太阳能电池板更适用于输电线路在线监测装置供电使用。

纯铅蓄电池、纤维镍镉蓄电池也适用于输电线路在线监测装置供电系统，但铅酸类蓄电池在低于-20℃时无法工作，而锂电池则具有密度高、重量轻、寿命长等特点，因此应持续跟踪其技术发展，根据不同地区的不同情况考虑选用[5-7]。

2.1.2 加强主站平台对电源运行的图表分析功能

可根据日常的电源运行数据，自动绘制出系统供电数据运行曲线，包括系统电压历史曲线、负载电流历史曲线、太阳能电流历史曲线等。运行维护人员根据运行曲线中出现的异常数据点，可以分析出系统故障原因。

根据电力系统监控软件使用习惯，可以参考分级显示的展现形式。第一级页面显示线路整体运行情况，点击进入后展现线路中包含各个监测塔的概要信息，其中包含本塔主要监测内容及电源运行健康状况信息，点击进入该监测塔后，显示详细监测内容及电源运行数据等信息，同时在本级页面应设有负载控制、电源配置修改以及历史数据分析的按钮项，可以针对本塔用电装置进行控制，同时可以调出电源配置页面，对控制器、蓄电池、负载等工作模式进行快速配置。

2.1.3 改善供电系统容量设计

首先对塔上监测装置的负载功耗、工作模式进行分析研究，结合调研结果和运行经验总结，对负载进行分类，根据工作特性，可以将用电负荷分为通信类、图像视频类、数据监测类、加热类等[8]。由于图像视频类和加热类负载功耗较大，每天工作时间不能超过4 h。用电监测装置平均功耗如图3所示。

图3 用电监测装置平均功耗

明确不同负载的工作模式后，建设方在系统设计或编写技术规范时应以附件形式发给前端装置及通信设备供应商，要求其按各自使用设备的实际情况填写设备功耗数据，同时根据自身实际应用情况填写不同监测装置的工作模式和工作时间，以方便设计单位和设备提供商核算自身供电系统的容量。对高清摄像机及加热类装置建议每天连续工作时间不超过2 h，同时为了简化塔上供电系统的设计，应统一塔上用电装置的电压等级，根据对前端装置的调研，认为应将前端装置电压统一为12 V。

2.2 提高在线监测系统运维质量

要提高在线监测系统可靠性，日常运维工作十分重要。首先要建立在线监测系统管理体系（如图4所示），在目前的管理构架下可以采用二级管理、三级监测的管理体系。二级管理由两级监测诊断中心构成：在省电力公司、电科院设备状态评价中心建立一级监测诊断中心，在地市公司和省检修公司建立二级监测诊断中心，同时在省公司和各个地区专门设立在线监测诊断室。

三级监测体系中，第一级为省公司的输变电设备在线监测省级主站系统；第二级为各地区局的在线监测地区主站系统；第三级为建立在各个变电站内的变电站站端在线监测系统。

2.2.1 日监视制度

电科院设备状态评价中心和各地区监测诊断中心设专人对输变电设备状态在线监测系统实行日实时告警监视，了解现场设备状态，通知处理设备状态告警信息，保证设备在线监测诊断装置的正常运行。

2.2.2 周分析诊断

电科院设备状态评价中心建立每周监测数据分析报告制，在省公司生产部周例会上提交周诊断分析报告，对在线监测装置的运行情况、重点跟踪设备的数据情况、异常数据的分析诊断情况进行汇报，经周例会会商确定跟踪处理措施。

2.2.3 集中维护，保证装置的可靠性

通过制订国网浙江省电力公司《输变电设备在线监测系统缺陷管理办法》，明确输变电设备在线监测装置的运行、维护、缺陷定义及管理等内容，明确各级专职人员的职责，使全省电网电气设备的在线监测诊断装置做到规范化维护管理和装置故障快速响应及处理，保证设备在线监测诊断装置的正常运行。

2.2.4 集中诊断，实时评价设备运行状态

设备状态评价中心成立输变电设备在线监测数据分析工作组，主要由相关专业的专家组成，定期分析设备在线监测异常数据，修订完善在线监测数据的判据和报警值，提出在线监测系统数据监测、分析的改进措施，并制定和实施《输变电设备在线监测状态评价导则》，为输变电设备实时评价提供依据和支持。

2.3 在线监测设备使用条件可靠性评价

对于输电线路在线监测设备，不仅仅要在实验室离线考核其机械、电气、测量准确性等各项常规性能，还需要安装在实际线路上来考核其运行工况下的可靠性，通过实际工况和实验室测试相结合的手段，对比在线监测设备试运行前后各项性能指标是否合格，或达到什么等级的运行可靠性。对于实际运行环境下的可靠性监测，需要利用具有典型气象特点的真型试验线路，通过与可靠性和准确性更高设备进行一定时间的运行性能比较，获取运行可靠性评价。

图4 在线监测系统整体布置

3 输电线路在线监测系统寿命要求

输电线路整体上由岩土性基础、钢制铁塔、钢铝复合导线、瓷或有机材料绝缘子构成，考虑到可维修性，其寿命在40年以上，这个时间远远大于由电子元件组成的监测系统的寿命[9-10]。显然，要求由电子元器件构成的在线监测系统达到被监测设备相同的寿命是不现实的，实际上，寿命要求可以根据使用需求或者根据全寿命周期的技术经济比较来确定，可以用线性分析来说明这一问题，如图5所示。

图5 输电线路在线监测装置的寿命周期分析

根据图5中的分析，假设监测装置的建设投入为5万元，年度效益为0.5万元，年度维护费用0.1万元，这样条件下至少需要12年才能收回成本，因而对于设备的寿命要求就至少为12年。目前国家电网公司对于输电线路在线监测设备的寿命要求普遍为8年，实际上可以根据不同监测设备的收益、维护量进行评估。

设备寿命还会受到运行条件的影响，对于电子产品而言，高温、潮湿、严寒、振动、冲击等因素都会显著影响设备的寿命。因而在特定使用环境下，需要对设备寿命提出不同的要求。例如，线路在线监测设备中的蓄电池寿命是影响整套装置寿命的关键，也是决定设备成本的主要因素。可以在不同区域采用不同类型蓄电池以降低设备要求；不同监测产品的经济效益也是不同的，增容系统可以直接产生经济效益，有时应用一个夏天带来的效益就可以超过投入，因而边际效益较高，而视频监测系统的效益则需要结合管理策略的调整才能产生较高的经济效益[11]。

4 结语

提高输电线路在线监测系统的安全可靠性是1项系统工程，目前需要尽快实现专业化、标准化，对输电线路在线监测设备必须进行专业化设计、论证、试验，然后再组织生产，生产的每个环节都要严格管控，确保产品质量。同时，对产品的设计、检验和安装均应该制定标准化操作手册，落实标准化作业要求，切实提高监测系统可靠性。

[1]黄新波，张国威．输电线路在线监测技术现状分析[J]．广东电力，2009（1）∶13-20．

[2]黄新波，程荣贵，王孝敬，等．输电线路在线监测与故障诊断[M]．北京：中国电力出版社，2008．

[3]孙才新．输变电设备状态在线监测与诊断技术现状和前景[J]．中国电力，2005，38（2）∶1-7．

[4]黄新波，王小敬，武键，等．输电线路危险点远程图像监控系统[J]．高电压技术，2007（8）∶192-197．

[5]黄新波，孙钦东，丁建国，等．基于GSM SMS的输电线路覆冰在线监测系统[J]．电力自动化设备，2008（5）∶72 -76．

[6]刘丽榕，王玉东，肖智宏，等．输电线路在线监测系统通信传输方式研究[J]．电力系统通信，2011，32（222）∶20-24．

[7]朱小雷．输电线路监测网路由技术与网络可靠性研究[D]．安徽：合肥工业大学电气与自动化工程学院，2012．

[8]康会西，李宏斌，张清扬，等．输电线路在线监测系统设计[J]．电网与清洁能源，2010，26（5）∶28-34．

[9]万耕，穆华宁．高压架空输电线路的行波故障测距方法[J]．高压电器，2005，41（2）∶135-138．

[10]董新洲，葛耀中，徐丙垠．利用暂态电流行波的输电线路测距研究[J]．中国电机工程学报，1999，19（4）∶76-80．

[11]宋振红，张举，唐杰．一种基于双端电压相量测量的故障测距新算法[J]．电力自动化设备，2006，26（6）∶27-29．

（本文编辑：徐晗）

我国唯一拥有完整知识产权第三代核电品牌研发成功

我国唯一具有完整自主知识产权的三代核电品牌——“华龙一号”，已由中核集团与中国广核集团合作研发设计成功，现已完成360项专利申请。

中国核电工程有限公司副总经理邢继透露，“华龙一号”采用了双安全壳、多种供电方式等一系列先进技术，可有效应对地震和海啸等自然灾害，避免类似福岛核事故的发生。中核集团董事会办公室主任潘建明介绍，“华龙一号”选用中核集团ACP1000技术的177堆芯，核燃料采用中核集团开发的CF自主品牌。在具体的项目上，可根据客户需求，配上不同个性化的辅助安全系统。

中核集团党组成员李学东表示，“华龙一号”凝聚了我国30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验，深刻汲取了福岛核事故教训，充分借鉴了国际三代核电非能动安全的先进理念，可满足国际最先进的法规标准。目前已完成360项专利申请工作，并已在海外市场开发的目标国进行专利布局。经认真研究国外特转协议，能够合法确保不侵犯国外核电公司的知识产权。“华龙一号”的诞生让我国核电技术站在了世界的前沿，成为我国核电“走出去”的重要支撑。

来源：人民日报

Discussion on Operational Reliability of On-line Monitoring System of Transmission Line

YUE Lingping，ZHANG Zhiliang，YU Qiang，YAN Zheng，WANG Zhiyong，LIU Pingping
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Low available ratio of on-line monitoring devices of transmission lines has threatened the reliable operation of grid monitoring system.Therefore，by collecting operation information of various types of on-line monitoring devices of transmission lines，this paper makes an in-depth analysis on failure causes and proposes technology to improve the reliability of on-line monitoring device of transmission line from aspects of power supply source and operation and maintenance quality；furthermore，it makes reliability evaluation on the lifetime requirements and service condition of on-line monitoring devices of transmission lines.

transmission line；on-line monitoring device；reliability；reliability evaluation

TM732

：B

：1007-1881（2014）06-0067-05

2014-03-31

岳灵平（1983－），男，宁夏隆德人，工程师，从事高压输电线路运行检修管理。