输电线路智能运维系统的通信及定位技术研究

李鸿

摘要：智能运维系统是加强输电线路运行维护质量、解决输电线路跳闸多发态势的有效工具。而通信及定位技术是智能运维系统正常发挥作用的关键支撑技术。因此，文章以输电线路智能运维系统的运行背景为入手点，简要阐述了通信技术、定位技术的应用设计方案，并对智能运维视角下的通信技术、定位技术应用效果进行了简单的分析。

关键词：输电线路;智能运维系统;定位技术

前言：输电线路是衔接发电端、变电配电端的枢纽，承担着传输电网中电力能源的任务，输电线路运维可靠性对电网安全稳定性具有直接的影响。在近几年特高压、超高压输电线路投运量日益增多的背景下，我国各个地区网络联系更加密切，网络拓扑结构的复杂度也更高。与此同时，极端气候、自然灾害频发，导致输电线路跳闸事故率始终停留在较高的水平。这种情况下，研究智能运维系统的通信及定位技术，对于降低输电线路的事故率就非常必要。

一、输电线路智能运维系统的运行背景

某电网共有3座变电站，变电总容量为1001MVA。截止至今，该电网网架已形成以电厂为主要电源点，以多站点为端口的链式结构，每座变电站电源源于不同的电源点，可以基本保证电力资源供应可靠性。该电网公用线路总长度为310.25km，架空线路305.20km，其余为电缆线路。线路的四分之一为单环网线路，其余则为双辐射线路、单链结构、单辐射线路。

通过对近几年电网输电线路问题进行统计可知，主要故障问题原因为风灾因素、运行维护不当、设备老化、雷击问题、外力破坏等。

二、输电线路智能运维系统中通信及定位技术的应用设计

1、通信技术应用设计

根据输电线路智能运维系统运行要求，在通信技术应用设计过程中，可以考虑已铺设光纤、未铺设光纤两种情况[1]。

在未铺设光纤的情况下，无线是通信专网构建主要用形式。为突破功率、接入量对单一无线数据通道运行效率的限制，可以结合无线局域网、宽带无线方式，构建双层无线链路系统。首层无线链路系统由覆盖面较大（20.0km）的宽带无线设备构成;次层无线链路由覆盖面积较小（3.0km）的无线局域网节点构成。无线局域网节点可以多跳方式连接，满足输电线路状态信息接入要求。进而助力输电线路状态智能巡检指导、巡检路线规划工作开展，保证输电线路智能运维准确率。

在已铺设光纤的情况下，每一个杆塔是输电线路在线监测点的布置点，通信技术需要承担智能运维系统监测主站、每一个杆塔之间的信息交互[2]。此时，可以利用每一个杆塔自带的光纤资源，选择无源光网络+无线局域网结合方式。即经无线局域网络方式，将多个杆塔就近接入到光网络单元。进而利用OPGW光缆，沿着输电线路接头点，进行分光耦合，实现在线监测主站端的光线路终端、光网络单元之间的信息交互。需要注意的是，在接入点距离设置时，应考虑无线局域网有效覆盖范围，在光网络单元下进行AP无线接入点的连接，实现整个输电线路上的IP接入。在部分监测点数少、线路短的情况下，还可利用工业以太网交换机与无线局域网相结合的形式。即应用2根互为备用的光纤，经以太网接口进行一个布点间距小于6.0km的串行链路构建。在将一段输电线路两端变电站接入到光纤骨干网络后，构建具有抵抗单点设备故障能力的环网。

2、定位技术应用设计

在输电线路智能运行维护系统中，可选择的定位技术为超声波测距技术。超声波测距技术具有能量损耗慢、传送距离远、针对特点明显的优良特点。该技术主要依托基于电能的超声波生成装置或基于机械的超声波生成装置，比如，经压电晶体的谐振功能压电式超声波生成装置，其内部具有两压电晶体，其共同组成了一个共振模块。在将一个脉冲信号施加到模块正端、负端后，若脉冲信号频率、压电晶体固有振荡频率为相同的水平，则压电晶片会发生共振情况，引发共振板震荡，进而出现超声波;若正、负电极间无电压，则将超声波传输给共振板后压电晶体会出现振动，电信号会代替机械能，超声波生成装置转变为超声波接收装置。

已知20℃室温大气中超声波传送速率为每秒344m，利用计时装置可以获得超声波传输时间t，经时间差测距公式，可以得到输电线路起始点到障碍点的距离s。

具体计算公式为：    -1

-1中T为获取距离發送的时间差，即超声波传输时间（开始到结束时间）t的1/2。

除超声波测距定位技术以外，还可以应用离散傅里叶变换DFT与向量机SVM。其中向量机SVM主要用于目标定位，离散傅里叶变换DFT则用于数据收集。在定位前，可以利用离散傅里叶变换DFT提取每一个电流故障信号的基频信息，并在获得对应的基频特征后对其进行归一化处理。同时将收集的位置信息、运动轨迹信息反馈给终端。进而由向量机SVM搭建故障定位器，将归一化后基频特征序列作为样本进行定位训练，冰帝隶属度函数进行调整后获得规则库[3]。同时设置误差、学习方法、训练次数形成初始定位系统。最终根据设定模型评估原则计算故障点、电源之间的距离占输电线路总长度的百分比，完成单相接地故障、两相接地故障、相间故障、三相故障定位。

三、输电线路智能运维系统中通信及定位技术的应用效果

1、降低误差

由时间差测距公式可知，超声波测距定位技术在输电线路智能运维系统中产生误差源于超声波传输速率误差、测量距离传送时间误差。前者与气体浓度存在较大关系，在空气密度处于较高数值的情况下，超声波传输速率处于较高的数值，速度误差可忽略不计。反之则需要考虑空气密度的相关因素——环境温度，配合温度补偿技术，将测距定位误差控制在1.00m以内，满足高精度测量要求;后者与20℃室温内超声波速度具有较大关系，由20℃室温内超声波速度可知，每秒为s△t<（0.001/344）≈0.000002907s，可以达到微秒级别，误差小于1.00mm。由上述数据可知，利用上述定位技术，可以达到最优故障定位，减少停电损失，降低维护人员工作量，提高电力资源供应可靠性。

2、提高效率

宽带无线与无线局域网相结合、工业以太网交换机与无线局域网相结合、无线光网络与无线局域网相结合的通信技术在输电线路智能运维系统中的应用可以显著提升线路巡检内容、巡检路线、巡检结果的传输准确性、实效性，为输电线路运行维护水平提高提供依据。以跳闸事故为例，自宽带无线、工业以太网交换机无线光网络与无线局域网相结合的通信技术应用后，累计发现不同原因的跳闸隐患18000余项，其中12000项由系统自动识别推送，有效避免外破跳闸5000余次，外破跳闸占比也由以往的65%降低到18%，线路运行维护效率、质量均有效提升，年均节约线路运行维护成本220余万元。

总结：

综上所述，智能运维系统可以及时发现因风灾因素、运行维护不当、设备老化、雷击问题、外力破坏而引发的输电线路故障，并将位置信息传输给控制终端，保证相应故障的及时解决。在智能运维系统应用设计过程中，技术人员应结合区域电网输电线路运行情况，沿着定技术、建框架、配资源的程序，进行通信技术与定位技术的应用方案设计。同时对相应技术应用效果进行恰当分析，根据分析结论，进行系统应用方案的再次优化，为输电线路智能运维系统优良作用的充分发挥提供依据。

参考文献：

[1]梁介众，张孝祖，张霖嘉.智能巡检管理系统在输电线路运维中的应用分析[J].电子元器件与信息技术，2020（01）：103-104.

[2]徐进，孙静，牛倩.基于主动预防策略的风电场智能运维管理解决方案[J].水力发电，2020（03）：104-107.

[3]赵盟，王馨，郑一博，许鹏.冀北智能运维管控系统的设计与实现[J].网络安全技术与应用，2018（03）：106-107.