输电线路地质灾害监测网络供电系统研究

张维强 锁宝

（中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃兰州 730050）

0.引言

随着电网的发展和输电通道的日益紧张，大量输电线路逐步向西部地区发展，甘肃电网由于其特殊的地理位置在全国电网联网运行中起着连接疏通东西的主要作用。甘肃境内地质破碎区众多、自然灾害频发，经常发生输电线路铁塔倾斜、变形、杆塔基础沉降甚至倒塔等事故，严重威胁着电网的安全稳定运行。因此建立输电线路地质灾害卫星遥感监测预警系统，实现地面杆塔现状监测和线路巡检的一体化协同作业，全面提升输电线路主动应对自然灾害的能力显得至关重要。

1.GNSS形变监测系统构架

输电线路地质灾害卫星遥感监测预警网络是基于GNSS形变监测系统来实现的。主要有杆塔监测站和基准站系统、数据传输系统、数据处理监测中心3个主要部分组成。采用GNSS相对定位技术建立误差模型，对监测站铁塔所在位置实时进行数据提取，解算得到毫米级的定位数据，并通过数据处理系统解算构建铁塔的现时状态模型，与铁塔原始状态模型进行比对，根据比对的偏差数据来判定铁塔是否发生变形及变形的程度，并根据变形量对应的等级，发出相应的预警[1]，如图1所示。

图1 输电线路地质灾害监测系统

2.供电系统设计

为实现高精度监测，监测站要求布置在离输电线路杆塔10m范围内具有代表性的变形体或潜在变形位置处，且需保证无大功率电磁干扰、网络通讯可靠、数据完整性好。各监测站相互独立且位置分散，无法实现正常供电，故监测站供电系统采用先进的太阳能供电系统，基于太阳能电池板浮充蓄电池的方式进行供电，续航时间为10d。

2.1 太阳能供电系统设计

根据系统载荷，从负载情况、蓄电池配比、光伏配比等方面研究设计太阳能供电系统，详情如表1。

表1 太阳能供电系统参数设计

根据以上分析结果，且考虑监测站所处位置的光照、降水、气温等环境因素条件，最终选用280Wp单晶硅太阳能电池板，200AH磷酸铁锂电池蓄电池。

2.2 太阳能供电系统设备选型

2.2.1 太阳能电池板

按照“技术先进、性能可靠、产品合规、环境适配、经济合理”等基本原则对太阳能电池板进行设计[2]，具体参数设计如表2。

表2 太阳能电池板设计参数

按照以上设计分析，太阳能电池板选用单晶硅280Wp太阳能电池板。根据甘肃省的纬度范围和日照情况，太阳能电池板倾斜角度设计在36度，方位角为正南方向。

2.2.2 太阳能充放电控制器

太阳能充放电控制器能追踪最高电压负荷下的电流值（VI），并实时监测电池板的发电功率，使系统以最大功率输出对蓄电池充电，太阳能充放电控制器用于太阳能离网光伏系统中，协调太阳能电池板及蓄电池的负载工作，是离网光伏系统的核心控制部件[3]。

2.2.3 蓄电池

根据前文参数分析选用密封磷酸铁锂蓄电池，电池额定容量为200Ah，在光照条件下通过太阳能板将电能转换储存起来，待需要时候进行释放。

为保证蓄电池的安全可靠运行，监测站蓄电池必须地埋。地埋要求如下：（1）埋设在监测站观测墩附近，埋深1.0m，避免风吹日晒、外力破坏等。（2）必须将电池安置在地埋箱体内，地埋箱预留穿线孔，孔口电缆埋管连接处必须进行防水保护措施。（3）蓄电池要做好保温保护，置于保温地埋箱内进行密封处理，然后埋入地基旁，如图2、图3所示。

图2 蓄电池基础剖面图

图3 蓄电池基础平面图

2.3 避雷防护设计

基于监测站防雷电安全要求，各监测站必须安装避雷电接地端防护措施。监测站的直击雷防护采用独立避雷针进行防护，要求避雷针与监测站主体设备距离不小于3m，按照“滚球法”原则，经计算避雷针高度为6m，为屏蔽感应雷，采用金属机箱。所有监测站安装直流电涌保护器，浪涌保护器并接入地网。接地网为水平接地极为主，垂直接地为辅的人工网，电阻小于10Ω，接地防雷使用热镀锌接地扁钢，直接连接观测杆做直击防雷，接地扁钢敷设在冻土以下，敷设深度为1.6m，回填土压实系数为0.94。

3.结语

本文简要阐述了GNSS输电线路地质灾害监测系统的构架，并重点对其电力系统的设计进行了详细的分析研究。开展输电线路地质灾害监测评估预警体系建设，以输电线路本质安全提升为主线，以输电线路地质灾害防治能力强化为重点，依靠科技创新，深化隐患排查治理，增强风险预警和评估管控，提升应急维护能力。通过建立管理工作技术标准体系、加强基础设施网络建设，为输电线路地质灾害监测评估预警体的进一步发展应用积累经验。