基于物联网感知的智慧输电线路运检技术

凌 健，佘昌佳，潘灵敏，孙小磊，陈 昊

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102）

0 引言

随着中国经济的快速发展，电网体量逐年增大，各电压等级输电线路也快速建设发展。输电线路具有距离长、覆盖面广、跨越地形复杂等特点，容易受到自然环境和外力影响形成缺陷，然而其下方通道环境愈来愈复杂，这给线路巡检带来了新的挑战。传统的输电线路运检管理模式主要依靠人工巡检和表单式管理，已经不能适应电网快速发展的需要［1-2］。

物联网技术是一种通过各种信息传感装置，将实时采集的物体信息与互联网连接，实现对物品感知、识别和管理，形成“物-物”、“物-人”连接的技术［3-7］。物联网技术的发展为输电线路的智能化巡检提供了一种新思路，2019年国网公司提出“泛在电力物联网”，对输电线路的全面感知、信息交互和自主预警提出了新要求［8-14］。将物联网技术应用于输电线路，能够对线路的运行状态进行实时监测和控制，让输电线路“智慧化”。

因此，建成以智慧线路为基础的智能电网骨干网架，对于提升电网本质安全水平，加快故障快速反应及处置，提高巡检质量，优化人力资源配置等方面都具有重要的意义。本文首先对已投入应用于某架空线路的智能巡检设备进行分析，接着结合现场应用实例，说明了各类设备在线监测效果的有效性和优越性。最后本文对各智能设备的数据管理和互通提出了改进建议。

1 智慧线路概况

智慧输电线路是以坚强输电线路为基础，综合应用监测传感、信息通信、数据融合、人工智能等技术，实现数据管理全景化、运行状态透明化、诊断决策智慧化和设备修复高效化，具有本质坚强、实时感知、全息互联、自主预警、智能处置特征的输电线路［15-19］。包括可视化、物联网温度传感器、分布式故障诊断、隐患在线监测、驻塔机器人、无人机等几个方面。

2 现场应用实践

2.1 可视化系统

传统的线路巡视工作依靠人工每月定期巡视，此方式受地形地貌、天气状况、人员技能等方面的影响，巡视质量有进一步提升的空间。特别是近年来城市化进程的加快，城建施工的力度越来越大，线路下方防外力破坏的任务日趋繁重，以往对于线路下方重大的施工，都是安排人员24 h定点值守，直到施工结束。此方式需要现场有2～3人轮流值守，隐患点多时易造成人力资源使用紧张。使用可视化技术进行隐患点监控，如图1-图2所示。对于危及线路正常运行的隐患，系统会自动报警，此方式可以大大节约人力资源使用压力，降低一线员工工作强度。

图1 线路通道下方火灾隐患Fig.1 Hidden fire hazard under the line passage

2.2 物联网传感器

物联网传感器的应用，对于架空输电线路运行而言，具有里程碑意义。传统意义上的线路接头温度测量、杆塔倾斜度测量等，均依赖人工持专业测量仪器在现场展开测量，工作质量及效率受地形地貌、人员技能水平、天气、距离等因素影响［20-21］。物联网是基于互联网等信息载体，让所有能够被独立寻址的对象能够实现互通互联的网络。物联网传感装置的引入，使得实时监控线路状态成为可能。

2.2.1 线夹温度传感器

温度传感器安装于架空输电线路耐张塔的耐张线夹上，如图3所示，线路运行特别是大负荷运行［22-23］时，通过温度传感器实时感知导线连接部位温度，及时发现温度过高的部位，具有测量精度准、反应速度快、全天候等优势。

图3 温度传感器Fig.3 Temperature sensor

对于装有温度传感器的线路，可同时监控多个耐张压接管。设置传感器报警阈值，当出现温度过高时，系统自动发送报警信息，如图4所示，从而准确定位故障点，实现精准运维。而依靠人工测温，工作质量和效率受天气、地理距离、人员技能水平影响，每个工作日测量10～15基塔左右。测量结束后，需将数据进行分析比对，工作效率较低。

图4 导线耐张线夹温度报警Fig.4 Temperature alarm of conductor tension clamp

2.2.2 杆塔温湿度传感器

该传感器安装于杆塔塔身，用于监测杆塔所处地段温湿度，比气象台天气预报更具实时性。通过温湿度传感器传回的数据，可实时掌握杆塔周围温湿度，对做好输电线路防污闪等工作具有重要意义。

2.2.3 杆塔倾斜度传感器

在架空输电线路架线施工、竣工验收以及杆塔受外力破坏后倾斜校验普遍使用经纬仪进行倾斜度测量，只适用于零星的杆塔倾斜度测量。当需要监测全线杆塔倾斜度时，使用经纬仪测量显然需要大量的人力资源和设备，显得不太现实。当使用安装在杆塔上的杆塔倾斜监测装置时，可实时监控杆塔倾斜度，特别是对于恶劣状况下的倾斜度监测，如台风以及杆塔覆冰、杆塔受外力撞击等情况，做到有的放矢。

2.3 分布式故障诊断及隐患在线监测装置

早期故障跳闸后，依靠继电保护装置的故障测距，人工查找缺陷［24-26］。此种方式不能精确定位故障点，缺陷查找耗时较长。近年来在导线上安装分布式故障在线监测装置及隐患在线监测装置，如图5所示，在线路发生故障跳闸时，将线路故障行波信号回传至监控中心，通过部署智能分析算法，实现了对输电线路故障点的精确定位。

2.4 驻塔机器人

通过安装在杆塔地线上的驻塔机器人，实现对输电线路本体全方位、无死角的巡视。机器人通过太阳能电池板和CT取能接口供电（优先采用太阳能电池板），每3 km～4 km设置一个充电站，机器人巡检一次可巡视30 km～40 km，相当于人工巡视4人3天的工作量。驻塔机器人巡视，不受线路下方地形影响，巡视工作可根据需要随时开展，具有巡视效率高、巡视实时、巡视质量佳等特点，可及时发现在地面巡视无法发现的巡视死角，确保设备缺陷不遗漏。

2.5 无人机

近年来，随着无人机技术的快速发展，无人机已经广泛应用于架空输电线路日常巡检工作中［27-33］。对于弥补人工缺陷的不足，降低人员劳动强度起到了积极的作用，但也存在着一些短板。目前无人机巡检主要依靠飞手携带无人机至指定区域人工操作无人机进行巡检工作，巡检质量和效率受飞手操作技能、天气状况等客观条件影响。且每条线路在多个巡视周期内都在同一地点要重复进行巡检工作，巡检工作量较大。基于物联网感知的智慧线路通过无人机第一次飞行时采集无人机自动巡检空间轨迹的数据，实现无人机自主巡检，降低工作人员劳动强度，有效提高了巡检质量。

3 实施成效

以江苏电网某线路智能管控系统为例，历时两年，已在特高压线路全部杆塔、500 kV线路重要杆塔，部署高清摄像头、各类传感器，并利用带电作业机会，完成专项测量和缺陷数据收集（如图6所示的电场强度测量工作）。现已初步建成了智慧线路。

图6 带电消缺工作中的500 kV线路零距离电场强度测量Fig.6 Measurement of zero distance electric field intensity of 500 kV transmission line

目前综合各类传感器的应用、监测传感、可视化等技术，实时感知线路状态，大大提高了缺陷发现的及时性及故障和缺陷处理的反应时间，并使得各类数据融合、互联互通，提升了500 kV及以上线路管理科学决策的水平。

4 改进建议

将各个模块集成到统一平台上，便于数据分析及各系统之间数据交换。现有的可视化、物联网传感器、分布式故障及隐患在线监测、驻塔机器人及无人机系统分别由几个互相独立的系统进行数据管理，各系统之间数据暂不能互联互通。为充分发挥上述系统优势，应将分属各个系统中的数据进行有效互通，为线路科学管理和决策提供有效支撑。

5 结语

基于物联网感知的智慧输电线路运检技术将是今后输电线路运检领域研究与应用的主流趋势。本文通过现场实例分析了智慧输电线路中物联网传感器、在线监测装置、驻塔机器人和无人机等智能巡检设备。通过该技术可实时在线监测并感知线路各部件状态，缩短故障处理及反应时间，提高线路检修质量，降低人员劳动强度，有效提升线路本质安全水平，相信在今后的电力生产中必将有着更广阔的应用前景。