山区输电线路在线监测研究

马玉新

摘 要：根据山区输电线路的运行状况，选取典型的输电线路作为研究对象，研究各类故障情况。结合国内在线监测技术进行预测和在线分析，整合在线监测平台，通过在线监测逐步消除山区输电线路故障隐患。

关键词：输电线路；故障预测；在线监测；智能化监控

中图分类号：TM76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.107

1 项目背景

大悟县地处湖北与河南交界，境内地形多为山区。山区输电线路易遭受雷电、大风、冰雪、山火等自然灾害和外力破坏因素的影响而无法正常运行。

我们选取位于大悟县山区110 kV悟新线作为本次的研究对象。110 kV悟新线投运于1989年，是大悟县公司的重要供电线路之一。历史上110 kV悟新线曾发生覆冰和导线舞动，也曾发生雷击故障。近年来，110 kV悟新线多次因故障停运。

2 国内在线监测研究概况

随着国家电网公司状态检修工作的开展，输电线路状态远程在线监测成为输电线路运维的重要手段。

目前输电线路状态监测系统存在的问题主要有：①图像监测方面仅限于图片抓拍和视频浏览，未对视频和图像进一步智能处理，未从中提取出输电线路状态信息；②视频经GPRS或3G通讯模块实现远程通讯，因是连续视频数据传送，流量费用较高；③输电线路受外力破坏时，主要依靠连续视频记录作为现场记录，预警则需专职人员实时查看视频信息；④杆塔倾斜采用的倾角监测因受杆塔本身振动的影响，误差较大，不能真实反映杆塔基础失稳的真实状态；⑤输电线路在覆冰条件下的舞动没有建立模型来预测产生的危害。

本项目主要在现有输电线路状态在线监测技术基础上，在提高可靠性、实用性和有效控制成本的前提下解决上述问题。

3 在线监测综合平台应用前景

在线监测综合平台应用前景主要有：①建立110 kV悟新线线路舞动、覆冰仿真模型，采用现场实测数据，拟合和修订输电线路舞动及覆冰模型以及模型中的参数，提高模型的精度。根据中、短期气象预报，可以对输电线路覆冰情况进行预警。②解决输电线路走廊火焰烟尘预警，在输电线路跨越农田耕地、山火频发、烟花爆竹燃放的地区，减少走廊火焰烟尘引起的事故。③输电线路基础开挖、矿区采空、滑坡、泥石流等原因引起的基础失稳，在受到线路覆冰或大风使杆塔动态载荷增加时，杆塔会破坏性倾斜甚至倾覆。基于输电线路塔线系统动力学数据检测和分析的方法能有效解决该问题。④本项目采用的技术能在破坏发生之前发出预警，并在外力破坏过程中通过视频或照片记录现场，为事故后的责任分析提供翔实的佐证。⑤在防雷、污秽在线监测方面，运用现在较成熟的技术进行二次开发，集成到本项目中，能有效解决输电线路雷击隐患，并实现污秽程度在线监测。⑥本项目采用高性能和较强的数字信号处理能力的嵌入式计算机系统作为现场主机，实现主机直接运行视频处理和振动信号分析，直接得出预警输出。

4 具体实施方案

4.1 智能化监控主站研制

采用数据库及SVG、CIM实现系统图模一体化建模，并开发监控数据的高级分析功能以及与SG186系统接口等。

4.2 智能化监控终端研制

现场嵌入式计算机系统具有多路视频输入、视频本地存储、作为现场监测传感器上位机等功能。实现杆塔周围视频数据采集和架空线路通道视频数据采集，并根据上位机发来的指令，通过无线通讯模块将视频数据传送到监控中心。

数字视频监控是指经前端视频采集设备采集监控现场的视频信息并进行数字化处理，然后经传输网络将数据传送至后端显示设备， 供监控人员决策、反应。数字视频监控主要实现以下功能：①远程监控中心视频点播。操作人员可根据需要实时点播视频和终止视频浏览、传输和存储，也可设定相应功能的工作时段。②监控中心云台控制。监控中心可控制云台转动，设置摄像头巡航路径和周期等。③根据振动分析结果和图像视频识别，决定是否启动主动视频传输和存储视频信息。④昼夜智能识别。自动识别白天还是晚上，决定是否开启摄像头。

4.3 覆冰图像检测

采用边缘检测算法解决输电线路覆冰厚度的可靠检测问题，通过摄像头拍摄，将图像经过灰度处理、图像微分锐化处理、二值化处理后，可得到冰的边缘。

4.4 导线舞动图像识别与建模

4.4.1 导线舞动建模

导线舞动的三自由度模型不仅考虑导线覆冰特性、结构参数以及流固耦合的影响，也考虑垂直、水平及扭转振动之间的耦合关系，较全面地反映导线舞动的特性。通过现场视频记录的线路覆冰、舞动图像可用于拟合三自由度模型中的计算参数，提高模型的准确性。

4.4.2 导线舞动的计算机仿真研究

根据气象预报和在线监测数据，结合导线覆冰舞动模型，可算出线路舞动关键特征数据，例如舞动的最大振幅、覆冰厚度、导线张力等。当计算预测结果超过禁戒值时，给出报警信息。

4.5 火焰烟尘检测

本项目采用基于图像处理的火灾监控方法。通过高精度的CCD 图像传感器采集现场的视频，并在嵌入式计算机系统中采用图像处理技术对火焰烟尘图像进行识别。

4.6 振动检测与动力学分析

本项目提出使用非线性动力学分析输电线路杆塔特性，获取其基础失稳判据。通过对检测信号获取杆塔固有振动信号，然后根据杆塔固有振动信号的变化来分析杆塔基础的稳定性及外力变化，从而有效获取失稳判据。

4.7 输电线路防雷监测

记录线路遭受雷击数量，并使用无线技术传输到智能监控终端系统。

4.8 绝缘子污秽在线监测

利用泄漏电流沿面形成的原理，在绝缘子接地侧通过引流卡或电流传感器在线实时监测泄漏电流，通过无线传输将数据传输到智能化监控主站。

4.9 电源系统设计

在杆塔监控系统中，电源系统由多个部分构成，间歇性工作系统功耗较低，加入储能元件实现不工作时充电，工作时再放电。对杆塔上监控系统而言，其功耗主要由视频处理和系统控制核心板卡、3G无线通讯模块、振动传感器和无线通讯模块等组成。由于杆塔上各个部分功耗较高，且为核心板卡持续供电时功耗较大，为此，供电采用太阳能电池板配合可充电锂电池方式供电。

5 结束语

上述各功能模块已有成熟产品，实施较为方便。110 kV悟新线安装在线监测平台后，对线路可能发生的各类故障情况进行预测和在线分析，通过在线监测，逐步消除山区输电线路故障隐患。

〔编辑：王霞〕

Abstract： According to the health of the mountains of transmission lines， transmission lines typically selected as the research object， all kinds of fault conditions. Combined with the on-line monitoring technology forecasting and online analysis， integrated online monitoring platform， and gradually eliminate risks through the mountains transmission line fault-line monitoring.

Key words： transmission line； failure prediction； line monitoring； intelligent monitoring