高压架空输电线路与变电站监测研究

程占涛

（山东广大工程咨询有限公司，山东 济南 250101）

0 引 言

在经济快速发展的时期，社会对电力能源的需求逐渐增加，如何保证电力传输的安全性和稳定性成为相关领域的研究热点。而信息化和智能化技术的应用，有助于推动电网朝现代化的方向发展。由此，研究高压架空输电线路与变电站监测具有十分重要的意义。

1 高压架空输电线路视频监测系统分析

1.1 系统和结构分析

高压架空输电线路视频监控系统，主要是以传统电网结构为基础，通过无线监控装置的设置，实现对线路危险点的全方位监控。同时，可以检验线路的各种传输故障，如闪烁、舞动、二次回流及漏电等。电力企业根据监控信息，即可确定故障类型，并予以针对性处理。以笔者所参与的项目为例，该输电线路视频监控系统的组成部分如下：一是输电线路终端监控装置；二是线路监控总站；三是智能屏幕；四是警报提示装置；五是无线宽带传输渠道；六是软件系统；七是光纤通信渠道。接下来，对其硬件和内部程序分别展开分析。

1.1.1 硬件设备

需要在监测系统外部设置电路检验装置，用于检测线路中传输的电流。若线路电流传输无异常，则设备所检测的信号会趋于稳定，否则监控系统发出的信号会存在明显的波动。在这个过程中，监控中心的工作人员可将智能屏幕作为媒介，获取监控信号。此外，如果线路检验未发现异常，则监控屏幕会同时显示多个位置的监控状态；如果发现故障线路，则整个屏幕仅会显示故障线路的监控图像。同时，警报终端会发出警报，提醒工作人员及时处理故障[1]。

1.1.2 内部程序

依托计算机编程语言，完成对主体线路监控模式的建立，具有信息接收功能。信息来源为外部监控终端。若输电线路的电流传输较为稳定，则线路传输过程中设备会反馈稳定的高压和电流波，此时程序所执行的命令为cycle，之后系统会正常监控电力线路；若线路发生故障，系统会依托网际互连协议（Internet Protocol，IP）网络传输渠道，向监控中心反馈故障信息，然后利用光纤大数据对信息加以记录，并做出初步的分析诊断。通过故障瞬时性处理方式的运用，可以有效控制故障影响范围。以闪络故障为例，闪络定位装置可以通过终端对线路闪络问题进行视频监控，并在此基础上集中反馈引发此类故障的条件。

1.2 系统应用优势

相较于传统的监测技术，视频监控系统的功能更加完善，可以实现对高压架空输电线路的全方位监测，有利于在第一时间发现和分析异常，降低故障的发生概率。同时，系统能通过对多种先进技术的应用，建立完整的传输模式，因此数据传输效率极高，并且利用程序化监控装置处理故障，能够减少人工排查时间和强度，在减轻工作人员工作量的同时，节省成本[2]。

2 系统应用实践

2.1 布设神经网络

在系统应用阶段，神经网络布设尤为关键，属于基础内容。以本项目为例，在对线路A 段监控信息反馈时，各区域神经网络布设需要将该线路和元件数量作为依据。之后，通过加权处理的方式，计算线路电压传输总值，最后得到加权计算值。若该值的循环结果为1，则表明该区域的线路存在故障，此时需要检测该段的全部线路；若结果输出为0，则表明该段线路无故障。

2.2 线路监控站运行

线路监控站属于系统的核心，将高架线路设计作为依据，可将其分成多个区域，如绝缘子电压传感器、电流互感器、环境感应装置等。在终端对输电信息进行反馈后，监控程序会基于反馈信息内容的差别，向不同装置传输信息，并以云空间平台作为媒介实施监控。若检测到某个装置故障，则会在第一时间内发出警报，同时监控系统会切断故障线路，在限制故障波及范围的基础上，实现对故障线路的跟踪处理。

此外，监控站能够依托大数据通道，对监控信号做一系列的处理。以本项目为例，该区域有3 条高架主体数据传输通道，按照设定时间向检测终端反馈信息，而终端在接收检测信息后，会向视频终端传输，由其直观展示在工作人员眼前，时长为2 h。之后，新线路信号生成的视频会覆盖原有视频，但原有视频信号会以数字编码的形式，保存于记录空间。系统会以1 个月为周期，对比数据，判断线路是否存在异常。由此可见，监控系统的应用，可以提高故障检测效率和质量大幅度。

2.3 信息传输

信息传输渠道较多，具体如下。对于IP 网络传输渠道，监控系统在设计过程中对计算机编程执行命令加以运用，故具有数据监控传输的特点。其中，IP网络传输渠道可以检验与合并信息，还可以传输小区域信息，属于基础信息传输方式。光纤和路由传输方式的应用，可以保障信息传输的安全性和稳定性，是对信息传输方式的补充[3]。

2.4 组建信息模式

在监控系统的应用过程中，为使线路检测结果的精确性和安全性得到保证，本项目状态监测代理装置的通信程序设计由2 个部分构成，分别为通信规约和通信软件任务。以文章研究的监控系统为例，代理装置与主站之间相互通信时，对国家电网公司颁布的通信规约予以应用，具体内容包括传输数据时应用二进制字节，并在报文校验的过程中对CRC16 算法加以利用[4]。

3 智能变电站继电保护在线监测系统设计

相较于传统变电站继电保护装置而言，智能继电保护在线监测系统可以连续监测变电站数据，同时具有识别关键信息的功能。

3.1 状态监测

3.1.1 监测信息

智能设备的应用可以实现对变电站继电保护设备的全天候监测，还可以生成相应的数据信息。为最大限度实现设备价值，应向计算机上传设备数据，主要包括电源、自检、光强、统计及温度信息等。

3.1.2 信息传输方式

实际工程中，合并单元和智能终端所处的位置是过程层。在分析数据的过程中，监测信息无法直接上传，为使数据实时传输，通常会采取有效的方式，达成数据实时上传和监测的目标。

（1）依托测控装置完成数据发送。监测信息会以面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）为媒介，向测控装置发送报文，之后由该装置向监测系统上报数据。（2）利用网络分析仪。在监测阶段，该装置可以捕捉具有价值的信息，并予以分析，在此基础上，依托终端发送数据。在实践阶段，通常会综合利用上述传输方式，若信息要求较低，可利用周期长的过程，反之则加快信息传输速度。

3.2 二次回路在线监测

3.2.1 物理链路

依据IEC 61850 标准，智能变电站的结构主要被分为3 层，分别为站控层、间隔层以及过程层，同时借助GOOESE 和制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）传输与共享变电站内部设备的信息。接下来，对二次回路在线检测系统的物理链路加以分析，具体内容如下。

物理链路的通信在线监测需要明确拓扑信息。即使采取差异化的通信方式，智能变电站保护系统需要采取合理的方式，保证系统的协调性[4]。如果电源存在异常，则光纤网络通信无法正常运行；如果接口插件出现异常，则光纤网络通信也存在异常；如果某个光纤接口存在异常，则该光纤接口通信同样会发生异常。

在整个光纤链路中，接收方具有监视能力，若光纤链路发生异常，则接收方无法获取数据信息。在此基础上，即可准确判断故障是否发生，但无法定位故障位置。

3.2.2 逻辑链路

智能变电站所遵循的标准为IEC 61850，而SCD文件则会在系统配置后自动生成，用于描述整个变电站所有设备的信息。在系统配置工具中导入SCD文件，便可建立智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）实例，同时完成地址分配和数据配置的相互关联。在该过程中，逻辑节点还会绑定一次设备。故在SCD文件中，存在与智能变电站运行安全有关的信息，分别为设备模型、功能、产品视图以及数据流等。

智能变电站二次回路的流程较多，具体如图1所示。一是将SCD 文件转化为被系统识别的文件；二是解析文件，在发送文件的同时接收文件；三是剖析数据。在文件配置的过程中，所采用的机制为循环冗余校验。该机制的应用，可以保证内容的完整性，但无法判定配置文件是否准确。智能变电站在线监测模式的运行过程中，物理链路、网络通信会同时发挥作用，保证配置文件和SCD 文件一致性[5]。在SV 实施数据交换的阶段，可以将物理地址（Media Access Control，MAC）和AppID 作为媒介，其中AppID 属于COM 下的一个子键，可以判断报文中信息是否为自己所需。完成对信息的识别，同时体现数据之间的关联性。

图1 二次回路流程

4 结 论

高压架空输电线路相较于普通输电线路而言，其运行环境更加恶劣，检修难度大，故应用传统监测和检修方式会浪费大量人力资源，增加成本，且监测效率和质量难以得到保证。基于此，文章对高压架空输电线路视频监控系统进行研究，研究结果表明，该系统可以展示输电线路的运行状态，并具有警报和自动检修功能，应用效果极为显著。此外，针对智能变电站二次回路，设计间隔二次回路可视化监测系统，以此保证电网运行安全。