特高压输电线路在线监测装置应用现状分析及建议

张景沛，桑赵刚

（国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032）

0 引言

截止2014年底，我国投入运行的特高压输电线路达12 521 km。由于输电线路长期处于露天环境，雷电、大风、冰雪等自然灾害就会引发线路故障，因此要求运行维护人员必须实现对线路周边运行环境的实时监测，在线监测装置及相应的预警系统应运而生。输电线路在线监测装置及预警系统有助于提升输电线路运行可靠性，减少因线路故障造成的电能输送损失，发挥现有输电线路的效率，降低输电成本；优化输电线路网络的运行条件，提升电力系统稳定水平，有效促进智能电网的快速发展[1]；通过对相关监测数据的分析，完成输电线路状态评估、故障诊断、风险预警和检修策略的制定，有效实现对线路运行状态的可控、能控和在控。

现有的输电线路在线监测装置具有固定位安装（杆塔）、太阳能、风能或电磁感应供电、无线讯号传送、数据自动监测等特点。数据采集装置通过无线通信技术、超低能耗技术、太阳能充电技术、数字图像视频处理等技术的应用，将监控点周围的视频图像、倾斜数据、气温风速信息、导线震动频次等监测数据通过无线运营商的网络传送回监控平台[2]，并可通过彩信的形式将现场图片或数据信息发送到运行维护人员的电脑或手机上，有效实现对线路上各监测点全方位监控。

1 输电线路在线监测装置整体应用现状

特高压线路在运的输电线路在线监测装置共有6类45套，分为杆塔倾斜监测装置、覆冰在线监测装置、微气象区环境参数监测装置、绝缘子盐密监测装置、图像视频监控装置及微风振动监测装置。

1.1 杆塔倾斜监测装置

目前使用数量最大的为杆塔倾斜监测装置，共有34套，分布于线路的煤炭即采区及采空区内。输电线路杆塔倾斜在线监测装置主要针对输电线路杆塔的倾斜度进行在线监测，装置可精确测量出顺线路方向倾斜度、横线路方向倾斜度、倾斜角等具体参数，并可将测量参数实时上传。杆塔倾斜监测装置运行状况良好，与运行维护人员实测值差别不大，但在大风强对流天气情况下容易发生误报警的情况，主要原因是内部无稳定装置，无法实现监测器处于一个固定的环境状态。因此，新型的杆塔监测装置可尝试试用陀螺仪等稳定装置，或增加风速测量模块，减少倾斜监测装置的误报次数。

1.2 输电线路覆冰监测装置

输电线路覆冰在线监测装置是通过采集在运输电线路的绝缘子串风偏角、倾斜角、拉力及周边环境下温度、湿度、风速、风向等参数信息，并将这些数据信息实时传输到数据分析处理中心；通过数据模型等算法计算出导线是否覆冰及覆冰的大概厚度，中心的智能系统还可结合局部气象特点，对覆冰的发展趋势进行预测；线路运行单位再根据线路荷载、覆冰厚度及周边天气走势决定是否需要制定或实施防冰措施。监测装置的拉力传感器大都采用特种不锈钢设计，不锈钢材质具有耐磨性强、抗腐蚀、测量精确度高的特点，以保障装置的持续使用。在线覆冰监测装置在特高压线路上安装有3套，自2009年投入运行维护以来共成功报警12次，报警成功率约40%。报警成功率低的原因主要存在于拉力传感器的灵敏度有待提高，且温湿度模块的参考权重偏低。由于线路覆冰必须满足一定的温度、湿度和风速条件，因此覆冰监测装置可加大温湿度、风速、风向等参数信息的分析权重。

1.3 微气象区环境参数监测装置

输电线路气象环境在线监测装置主要监测环境温度、环境湿度、雨量、风速、风向、气压等气象参数，所有数据在监控中心后台通过电脑终端以报表、统计图等方式显示。当线路周边出现异常情况如风速大于18 m/s时易发生风偏故障，或湿度大于90%且温度小于5℃易出现线路覆冰故障时，系统会以短信报警多种方式发出预报警信息。现有特高压线路上微气象参数监测装置的报警成功率较高，这些装置的使用对于线路周边特殊区域尤其是微气象区的制定有着极大的参考价值。

1.4 绝缘子盐密监测装置

输电线路绝缘子污秽度在线监测装置大体上分为两类，一种是通过对装置采集样板上光能参数的检测，计算出设备传感器表面的盐分浓度，从而类推出绝缘子表面的盐密度；另一种是通过泄露电流的测量得出的，由于泄漏电流是沿绝缘子面形成的，绝缘子表面的泄漏电流能够全面反映出电压、污秽以及气候等因素。对于利用监测泄漏电流数据进行分析的装置来说，通过引流设备和电力传感器的实时监测，借助相应的信息处理单元，计算出泄漏电流的统计值，从而得出绝缘子污秽程度。计算出的数据再通过无线数据传到监控中心，运行维护人员便可综合评估和预测绝缘子的积污状况，以制定对应的防污措施。绝缘子盐密监测装置在2013年底安装试用，根据2014年针对82号杆塔进行的盐密值人工测量结果比对来看，结果存在较大误差，因此，绝缘子盐密监测装置测试精密度仍需提升。由于盐灰密监测装置目前仍处于试用阶段，不具备推广条件。

1.5 视频监控装置

输电线路视频、图像监控装置主要利用了先进的数字视频压缩技术、远距离高速无线通信技术及软件技术将线路杆塔本体及周边环境的现场图像经过压缩，分组后通过无线网络传输到监控中心，从而实现运行维护人员对输电线路周边环境及环境参数的全天候监测。

视频、图像在线监测装置实时监视输电线路杆塔、绝缘子、导线、金具的运行工况及周边环境情况，监测装置在及时发现绝缘子破损、塔材被盗、防震锤跑位等日常缺陷的同时，还能实现夜间对绝缘子放电异常等缺陷开展监测工作。在大风、大雾及雨雪天气条件下，运行维护人员在不到达现场的情况下通过视频装置第一时间了解天气情况。通过近5 a使用情况来看，图像视频监控装置在外力破坏预警方面同样发挥着积极的作用。运行维护人员通过安装在线路周边施工点、山火易发林区及人类难以到达地区的视频监视装置，可实时监视、记录这些危险地点的环境情况，及时发现违章和危及线路安全运行的行为，将事故消灭在萌芽状态。

1.6 微风振动监测装置

输电线路微风振动监测系统，主要是通过对导、地线在微风中的振动幅率、振动频率等相关参数的监测，并针对获取数据的分析和判断，对可能发生的状况作出及时预测[3]。装置一般采用弯曲振幅法来监测线路微风振动情况，通过测量两点的相对振幅，测取导地线距线夹出口处一定距离导地线相对于线夹的弯曲振幅，以此值大小来计算导地线在线夹出口处的动弯应变。特高压线路上目前现有的监测装置未发生过振动报警现象。

2 输电线路在线监测装置存在的问题

a)投入运行的在线监测装置仅有一部分接入生产管理系统，可实现监测数据的实时观测及存储功能。大部分在线监测装置通过外部互联网实现数据的观测，且数据后台多设置在设备制造厂家，运行维护人员调取相关数据较为繁琐。

b)不同类型的装置生产厂商不同，研发的监控软件、监控平台及连接制式均存在一定差异，给线路运行维护的使用带来了极大的不便；且少数装置在厂家调试完成后就投入使用，由于装置环境适应性和本身质量问题不断出现误报警或通信中断等问题，使得在线监测装置发挥作用有限。

c)输电线路在线监测装置主要安装于输电线路铁塔及导地线上，一般不能就近取得电源。大多数输电线路在线监测装置都采用太阳能或风能供电，由于现有的电池技术或产品质量不过关，易出现需要较大容量电源的装置不能连续监测，如图像视频监控装置；随着时间推移和环境变化，电池老化现象严重，容易出现电源故障造成监测装置不可用。

d)输电线路在线监测装置的安装位置多数处于环境复杂的微气象区域，应对恶劣天气的能力仍亟待提高。从已安装置的应用情况看，还存在视频监控装置在恶劣条件下镜头前起霜结冰无法监测，覆冰在线监测装置在夏天强对流天气条件下传感器拉力变化造成误报警等情况。

e)多数输电线路在线监测装置采用无线通讯网进行监测数据传输，需常年租用电信、移动通道，费用较高，且由于传输通道存在盲区，个别信号覆盖不到的地方难以进行实时监测。

3 输电线路在线监测装置应用建议

3.1 建立完善的管理体制

对于输电线路在线监测系统这样有着重要作用的系统管理，须建立严格的管理体制与手段。管理制度应明确生产设备厂家、装置安装线路的运行维护单位、监控中心等相关部门的职责，只有明确的管理制度才能够使在线监测设备长期正常运转。

3.2 建立统一的在线监测管理平台

建立统一的在线监测管理平台，实现数据的集中处理是非常重要的。管理平台的建立应具备以下几个特征。

a）同其他具有标准的数据接收标准及通讯方式。我国现有的在线监测产品研发还没有形成统一的产品标准，出现了不同的数据格式、通信协议以及判定标准，因此平台的建立应具备统一的数据格式及预警标准，以解决目前数据制式、标准杂乱的现状。

b）平台应具备历史数据查询、统计功能。平台的建立应基于在线监测信息的采集查询，并具备完成各类数据的统计功能，且能对监测数据实现简单分析，统计报表中不仅包含有监测的数据，还应包括报警信息的各类报表。

c）平台应具备对输电线路运行状态进行智能预测功能。在线监测数据平台可以自动保存输电线路的状态数据，通过相关的判定标准和技术预测线路的疲劳程度、覆冰变化以及金具温度等。

d）具备对输电线路的运行状态进行合理的预警功能。平台通过比较线路运行状态的预警阀值，依据预警基本流程以短信、彩信及邮件等方式实现在线监测报警功能，使线路运行维护人员能够及早了解事故情况[4]，预先做好处理措施。

e）具备完善的影像、图片管理、数据检索功能。运行维护人员通过客户端平台可实现对历史图像数据的图像数字处理、存取、检索及对比分析。

3.3 建立有效的在线监测装置运行维护队伍

目前，在线监测系装置的运行维护及定期养护工作职责分工较为模糊，设备生产厂商、线路运行维护单位在业务职能上存在一定交叉。因此，建立专业的在线监测装置运行维护队伍，针对在线监测装置开展定期养护与维修工作，在线监测装置的正常运转才能对输电线路运行做出准确有效的监测与预警。

[1]赵增华，石高涛，韩双立，等.基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统[J].电力系统自动化，2009(10)：80-82.

[2]吴今培，肖建华.智能故障诊断与专家系统[M].北京:科学出版社，1997：23.

[3]黄新波，陈荣贵，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,2008:1-3.

[4]郑亚茹，黄曙，王焱.基于无线传感器网络的高压输电线监测系统研究［J］.广东电力，2010，23（12）：13-15.