电网输电线路在线监测系统设计与应用探讨
韦剑喆
(广西万信工程咨询有限责任公司，广西南宁 530031)
[摘要]输电线路在线监测技术的不断成熟为输电线路的稳定运行及相关决策工作提供了可靠的信息基础。未来输电线路在线监测技术智能化水平还将不断提升。整体监测质量及效率也会进一步提升，为电网稳定运营提供保障。
关键词 电网输电线路 在线监测 系统设计
中图分类号TM76
0引言
近年来，输电线路多数是裸露在野外的。其位置和环境的情况都很复杂，且安装杆塔的地点较多、距离较长、面积较广，电器设备同样长期暴露在野外恶劣的环境下。恶劣天气在威胁设备安全可靠运行的同时，各类违法违章的案件也时有发生，如盗窃电网线缆和设备器件、在超过高压允许的安全距离内进行建筑拆建等。因此，在输电线路遭受破坏之前能否及时监测到可能受到的损害，并及时制止破坏行为，起着至关重要的作用。输电线路防外力破坏应用最为广泛的是单一的视频技术，但容易受到天气的影响，而且功耗比较大。超声波技术同样有监测死角、功耗较大等不足。鉴于雷达所具有对温湿度变化噪声和光线灵敏度低以及抗射频干扰能力强等优点。作为新兴技术，将被广泛地投入到实际应用中。但是，雷达同样存在价格高、安装不便等问题，需要进行进一步的研究和探讨。
1输电线路在线监测技术简介
在线监测始于20世纪90年代初，至今已有接近30年的发展历史。在线监测技术发展初期，主要以科研院校理论研究工作为主。当时相关技术体系并不成熟，且受限于其他技术如通信、传感器技术影响等，尚未实现商业化。进入21世纪后，在输电技术及通信技术等快速发展的背景下，在线监测逐渐成为了输电线路运行的刚性需求，所衍生的产品也变得愈来愈多，在电力系统当中的应用范围变得愈来愈广口]。但整体系统架构还不够规范，且缺乏相应的技术标准，信息孤岛现象较为普遍，这在一定程度上限制了在线监测技术的作用。近年来，我国大力倡导智能电网建设，逐步完善了输电线路在线监测技术标准及相关系统架梅，使得输电线路在线监测趋于成熟，为电网安全、稳定运营提供了基础保障。
输电线路在线监测技术是指在输电线路运行中安装监测仪器，实时监测设备，并进行相关记录，将记录的信息上传到监控中心。根据监测数据对监测中心收集、分析和判断的运行线路状态，对可能存在的风险因素进行预测，使相关人员提前做好准备，在第一时间采取措施，降低风险系数，避免困线路故障造成重大损失。输电线路监测技术也是输电线路状态检修技术，能够保证输电线路的运行安全。输电线路在线监测技术已经能够起到良好的监控效果，主要原因在于对输电线路在线监测系统的设计主要有两个网络组件，包括在线检测、在线监测装置、基站监控中心以及监控设备的在线监测包括导线覆冰和温度在线监测。此外，输电线路在线监测系统的工作原理是首先掌握输电线路在线监测技术的各种参数，即运行参数、环境参数。在线监测系统主要是通过对技术参数的分析和收集的信息来判断的输电线路的运行状况，工作人员则查看信息技术参数和预测可能出现的问题。
2输电线路在线监测内容分析
输电线路在线监测内容较多，主要包括以下几个方面：
2.1图像监测
图像监测是输电线路在线监测的基本手段。通过视频图像对输电线路周围环境进行全天候监控，能够随时了解输电线路的危险点、导线舞动、风偏变化、悬挂异物、塔材等情况。
2.2温度监测
导线温度与其载流量密切相关。除此之外，导线温度与环境温度、气候条件、风速等也存在紧密关联。客观上来看导线的最高允许温度(70℃)是一个理论值，其结果是相对保守的。在实际环境当中，设定值远高于理论值。换句话说，导线允许流量实际值与规定值之间存在着隐形容量。需要借助测温系统实现导线温度监测，从而及时获得输电线路潮流变化、线路运行温度变化情况，以此来分析输电线路输送余量，从而为输电线路动态扩容提供依据。
2.3覆冰监测
受环境影响，输电线路覆冰因素较多，包括雾凇、湿雪、冻雾覆冰等。影响覆冰的主要因素包括气温、湿度、风等。当导线迎风面覆冰达到一定厚度时，受不平衡力影响，导线可能出现反复扭转。因此，需要通过专门的覆冰监测系统来综合判断导线的覆冰情况，以便清楚地掌握覆冰的特征及规律，从而对覆盖冰进行有效处理。
2.4线路舞动
输电线路舞动主要是空气动力不稳定所导致，其主要影响因素包括风的激励、线路结构以及覆冰等。若导线舞动幅度偏大，摆动频率较高，可能会造成相间闪络、金具损坏等，甚至可能导致线路跳闸、导线折断等事故，对电网正常运行产生严重影响。
3输电线路在线监测系统构成分析
3.1图像监测子系统
输电线路视频图像监测子系统主要由监控软件及视频系统服务器构成。其中监控软件能够实现视频抓拍、定时录像、云台控制、参数设定等功能。监控软件模块包括了录像管理、设备管理、用电管理、系统管理、Web管理等功能性模块，利用Web服务、数据库服务、流媒体传输服务等来实现监控功能。视频采集过程中，视频信号处理以CMAC视频压缩算法为主。该算法可对色度压缩进行特殊处理，在保证高压缩效率的情况下，能够获得较为理想的清晰度及色彩还原质量，占用系统容量较小。
3.2导线温度监测子系统
导线温度监测子系统主要是对导线运行温度进行监测，并能够以数据列表及组态图的方式呈现给用户。温度监测子系统主要由温度传感器、电源模块及通信模块构成。除了可利用传统电源供电外，还可采取太阳能或风能供电的方式来保证相关模块的稳定运行。在此基础上，以风光互补的方式进行供电设计能够进一步强化子系统运行的稳定性。温度传感器方面则采取互感取能的方式进行电能供给。通信方面，随着Wi- Fi、4G等技术的不断成熟，传统的红外、RS232等短距离通信方式将逐渐被Wi- Fi、4G等取代。导线温度监测子系统能够实时反映导线温度情况，通过远程控制，能够实现线路动态增容。
3.3覆冰在线监测子系统
线路容易覆冰的温度通常为-8～0℃，并且要求空气湿度达到90%以上。当环境温度及湿度条件均具备时，风速也就成为了决定覆冰厚度的最重要参数。覆冰在线监测子系统可对绝缘子串倾斜角、风偏角及拉力进行实时监测，再配合微气象环境监测装置来构建相关数学模型，即可实现线路覆冰综合监测。当出现覆冰异常状态时，系统会主动反馈预警信息，有利于提前做出针对性预防措施。
3.4线路舞动在线监测子系统
线路舞动在线监测子系统主要监测参数包括舞动半波数、舞动频率、振幅、风速、风向、气温、湿度等。以一档内多个舞动点的加速度对线路舞动情况进行分析、计算，获得档内线路基本信息，同时可根据舞动线路的舞动半波数及导线运行的轨迹相关参数，分析线路是否存在舞动危害，并由预警系统发出报警信息，从而为运行单位辅助决策或决策提供可靠信息依据。
4一种新型输电线路在线监测系统
新型检测系统是综合采用雷达与视频相结合的监控系统，将雷达装置在现场部署时正对地面，其监控区域属于扇形区域，在两级杆塔之间可以涉及的范围几乎全部涵盖。系统可以采用三块雷达，三者分工明确，组成监测前、中、后三个范围。其中前后为斜面监测，三块雷达之间的夹角预示其监控视角，可根据现场实际情况进行自由设置达到最佳监视。当物体移动至前后雷达监视区域时，装置捕获到斜面测量距离，通过斜面与垂直夹角，迅速计算出物体的垂直高度，继而通过视频监测系统判定模型得出即将出现的危险。如果超过安全距离，判定模块会迅速将预警信息发送至集中控制单元，单元将信号快速联动发送至前端喊话与警灯装置，警示装置以声音和灯光震慑现场，起到预防作用;如果入侵物体仍旧坚持通道垂直区域，提示事故已发生。在雷达视频分析设备联合系统中，采用功耗低雷达。雷达扫描部分可采用二次电压变换和稳压滤波处理，外部提供电源。该部分整体功耗不超过1/5，而在雷达扫描中，无破坏入侵物时，视频监控系统中的云台设备处于休眠状态，视频球机处于关机状态。这样可以使雷达视频监控系统与传统智能视频系统设备功耗比较大大缩减。雷达视频监控系统能准确定位和判断入侵物体的位置推断物体的类型，从而达到准确率高、无误报的目的：
5结论
随着我国电网技术的快速发展，输电线路在线监测技术得到了人们的广泛认可，并对其进行了深入的研究，在线检测技术有效减少了由于输电线路故障因素所造成的灾害。但是，目前所使用的输电线路在线检测技术还存在一定的弊端，需要进一步进行改进。对输电线路在线监测技术的研究依然任重而道远。
参考文献
[1]李国宾，架空高压输电线路状态监测研究[D].长春：长春工业大学，2016.
[2]孙裕尧。在线监测及状态管理在高压输电线路的应用[D].北京：华北电力大学，2016.
[3]王凯，蔡炜，邓雨荣，等，输电线路在线监测系统应用和管理平台[J].高电压技术，2012，38(5)：1274-1280.
[4]米雪花.电网输电线路在线监测系统设计与应用[J]..科技风， 2013 (11)：107.
