输电线路在线监测系统设计研究

摘 要：输电线路是电力工业发展的基础设施，其安全可靠运行关系着电力部门的正常运转和国民经济的健康发展。输电线路的监测是输电线路运行维护的一个重要方面。随着电子技术、通信技术的发展，输电线路在线监测系统越来越完善，监测精度及广度都在逐渐提高。文章主要选取绝缘子污秽、导线舞动、覆冰、导线温度等状态监测量，提取监测终端的状态数据，综合分析各种数据之间的关系，设计了相应的状态在线监测系统，可对输电线路运行状况进行综合预警，提高输电线路的安全可靠性。

关键词：输电线路；可靠性；在线监测

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0099-01

输电线路是电力工业发展的物质基础，分为架空输电线路和电缆线路。输电线路的安全可靠运行，对于地区稳定供电、高质量供电以及保证国民经济健康有序发展，都有着重大的社会意义与经济意义。输电线路的主要作用是输送电能，为各个地区提供电力供应，是电力系统的输送环节，电能损耗小，经济效益高，为电能的输送提供了重要支撑。但是，输电线路的运行环境却并不是很理想，因为输电线路一般都暴露于大气中，很容易受到气象和冰雪、大风、雷电、污秽等恶劣环境的影响而引发故障。目前，对于输电线路维护工作，也十分棘手，存在巡视困难、维修不便等因素。准确检测输电线路的状态特征量，及时发现输电线路的故障，为线路的检修赢得宝贵时间，对于保证输电线路的安全、提高输电线路的可靠性都具有重要意义。

1 在线监测概述

输电线路在电力系统中起着重要的作用，但其安全可靠运行一直是人们关注的热点。我们知道，输电线路的走线距离较远，输电网络覆盖广阔，其中不乏地形复杂、周边环境恶劣的地方。从近几年的欧美大停电、印度大停电到2008年中国南方罕见的冰雪灾害都证明了输电线路的脆弱性。正是由于输电线路的这个脆弱特性，因此很有必要对输电线路采用线路巡视的方式，提取输电线路的运行参数，及时掌握线路运行的状况，发现设备缺陷和隐患。目前，实际运行中的输电线路运行维护方式主要采用传统的人工巡线方式。这种方式对于输电线路的监测有一定的作用，如果发现及时，可以避免发生较大的输电线路故障。但是一旦出现人工失误，将极有可能导致输电线路故障，并且不能实现实时的在线监测。因此，为了实现输电网络安全稳定运行，在技术上，应采用先进的输电线路运行状态在线监测技术和先进的离线监测设备，建立监控中心，为实现从“周期巡检”到“状态检修”的转变提供信息收集、分析处理及设备评估等技术支持。在管理上，需转变生产管理模式，提高管理效率，为技术的效益转化提供人工管理支撑，实现技术效益最大化。

2 输电线路在线监测系统设计

输电线路在线监测系统安装在输电线路运行现场，通过监测相关的状态信息，实现输电线路故障预警，可提高输电线路运行可靠性、保证供电稳定和供电质量。它可以实现对高压输电线路实时监测的设计目标，满足输电线路的在线监测要求。设计的在线监测系统采集的主要运行状态参数有导线舞动参数、导线温度、导线风偏、覆冰程度、绝缘子污秽程度、绝缘子泄漏电流、绝缘子风偏等，真实反应输电线路及杆塔的周围环境。系统在与用户交互方面，它可以从设备情况、监测量、时间段等多个角度采用多种形式的图表对监测数据进行展示，实现分主题的监测数据浏览方式，给用户提供人性化和实用化的监测体验。此外，系统在实现监测数据对比、统计等功能的基础上还提供了高级计算、预测功能。本文设计的输电线路在线监测系统主要包括以下监测子系统。

2.1 绝缘子污秽监测子系统

输电线路的电量参数可以很好的反映其运行状态，如绝缘子表面泄漏电流和电晕电流等电测量参数的变化与污闪的发生过程就有着非常密切的关系。对于不良绝缘子，其绝缘电阻相对于正常绝缘子偏低，其泄漏电流在绝缘子表面和内部都流过，泄漏电流比较大，绝缘子污秽监测子系统可在线监测绝缘子泄漏电流变化过程，通过在线监测数据回传系统，可通过泄露电流值、放电脉冲数及气象参数得出污秽发展趋势，实时显示被监测绝缘子的污秽状况，实现污闪预警。

2.2 输电线路导线舞动在线监测

导线舞动是指导线在垂直平面以几分之一赫兹的低频和高振幅的振动，其振幅最大值可达初始弧垂值的数量级，它的摆动幅度较大，摆动时间也较长，极易导致线路间故障，如导线短路、相间闪络等，严重时可导致导线烧伤。因此，导线舞动的在线监测对于输电线路安全运行具有重要意义。该系统的检测量可以充分反映输电线路的运行状态信息，此外，还具有实时特性，可为运行维护人员发出警报，赢得足够的维护时间，提高输电系统运行可靠性。

2.3 输电线路导线温度监测子系统

温度是众多与电相关的产品中一个不可忽略的因素，同样，在输电线路中，导线的温度是影响输电线路安全稳定运行的重要因素，导线温度的在线监测对于判断输电线路的运行状态具有重要的参考价值。

在日常运行中，导线的温度和众多因素有关。如日照、风速、载流量等。目前，按照现有的技术规定，其考虑了较为恶劣的运行环境，给出的理论温度界限相对于实际运行情况而言是偏保守的。如果运行调度人员仅仅依据现有的技术章程来确定导线的运行容量，其稳态输送容量值的估计也是偏保守的。鉴于此，很有必要结合当地实时的气候状态，实时的监测导线运行温度，通过导线温度在线监测子系统的算法进行分析和计算，确定导线的实时动态载流量，并依此为输电线路输送容量依据，科学合理的确定输入容量等级，充分挖掘输电线路的输送能力。

该温度在线监测子系统可以协助确定出最接近导线实际输送能力的容量等级，能够在一定程度上缓解电力供应紧张。

2.4 输电线路覆冰在线监测子系统

在一些气候恶劣的高原地区，输电线路的覆冰可能性较大。输电线路的覆冰对于电力系统的安全稳定运行存在很大地安全隐患。

常见的输电线路覆冰有雨凇、雾凇、冻雨覆冰等，并不是每一个线路都有可能覆冰，它主要与当地的气候条件有关。影响输电线路覆冰的主要因素有空气湿度、气温等。覆冰的气温条件为-8～0 ℃这个区间，空气湿度为90%以上，当温度与湿度条件都具备时，风速的大小和风向成为决定覆冰厚度的重要参数，最适宜覆冰产生的风速一般为2～7 m/s。条件看似苛刻，然而，在输电线路经过的众多地区，这几个条件恰好可以满足，因此研究输电线路覆冰的在线监测具有重要的现实意义。覆冰首先在导线迎风面产生，当迎风面达到某一覆冰厚度时，在不平衡重力的作用下产生扭矩，使导线发生扭转，从而使导线的另一侧成为迎风面而产生覆冰，如此反复多次后在导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。

输电线路覆冰在线监测系统可以很好地监测输电线路的覆冰情况，其监测数据可为输电线路的维护检修提供决策依据，减少覆冰对输电线路造成的损坏。

3 结 语

输电线路的安全稳定运行是电力系统可靠性的一个重要方面。输电线路在线监测系统对于保证输电线路的可靠运行，提高电力系统可靠性具有重要意义。本文首先阐述了输电系统在线监测的理论依据，研究了其运行环境特性，最后从绝缘子污秽、导线舞动子系统等方面给出了输电线路在线监测系统的设计组成。本文研究成果可为电力输电线路的在线监测系统研究与构建提供理论指导。

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