浅谈输电线路在线监测

浅谈输电线路在线监测

作者：李 真

【摘要】：本文介绍了输电线路在线监测技术的必要性及发展情况，并对在线监测技术进行了一定的介绍，阐述了在线监测系统与状态检修相辅相成的关系，对输电线路设备单元在线监测还作了相应的分析。最后在文章末尾还对在线监测技术开展中所遇到了问题进行了一定的讨论，需要在今后的实际工作中进行解决。

【关键词】： 在线监测 状态检修 传感器 专家软件

引言

输电线路在线监测是指直接安装在输电线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量、传输和诊断系统，是实现输电线路状态检修的重要手段，是提高输电线路运行安全可靠性的有效方法。通过对输电线路状态监测参数的分析，可及时判断输电线路故障并提出事故预警方案，便于及时采取绝缘子清扫、覆冰线路融冰等措施，降低输电线路事故发生的可能性。

一、输电线路在线监测的必要性

在上世纪五十年代，我国电力系统推行定期检修制度，这是一种以时间周期为基础的设备定期检修制度。这种检修方式的周期、项目等都是建立在传统经验的基础上，对设备个体的质量、运行环境、性能状态的差异考虑不全，工作死板教条。存在着检修周期短、设备停电次数多、检修费用高、检修工作量大、供电可靠性低等问题。随着超高压、特高压输电线路的不断建立，这种检修模式已越来越不适应输电线路安全性、供电可靠性的要求。因此，近几年全国范围内输电线路系统尝试并推行状态检修，并取得了一定的实效。就宁夏而言，2008年首先在吴忠供电局进行状态检修的尝试，2009年分别在石嘴山供电局、宁东供电局、超高压运行分公司、固原供电局、中卫供电局推行状态检修，但由于输电线路在线监测技术的制约，状态检修并不能完全发挥其实效性，从目前来看，其前景不容乐观。然而在国外，在线监测技术的应用则比较广泛，为状态检修提供了可靠、实时的状态量。因此，为更好、更快的开展状态检修工作，输电线路管理部门目前应该把主要精力放在在线监测技术的研发及应用上。

二、输电线路在线监测的发展阶段

输电线路在线监测技术的发展大体经历了三个阶段。

（1）带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右。当时人们仅仅是为了不停电而对输电线路的某些绝缘参数（如泄露电流）进行直接测量。设备简单，测试项目少，灵敏度较差。

（2）从80年代开始，出现各种专用的带电测试仪器，使在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量，摆脱将仪器直接接入测试回路的传统测量模式，取而代之的是使用传感器将被测量的参数直接转换成电器信号。

（3）从90年代开始，随着计算机技术的推广使用，出现以计算机处理技术为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。利用计算机技术、传感技术和数字波形采集与处理技术，实现更多的参数在线监测。这种在线监测信息量大、处理速度快，可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传和越线报警，实现了在线监测的自动化，代表了当今在线监测的发展方向。到目前为止，大量的在线监测的技术已经在输电线路中得到广泛应用，并有了一定的经验。在国内，在线监测技术的开发与应用始于上世纪80年代。由于受当时整体技术水平的限制，如电子元件的可靠性不高，计算机应用刚刚起步，当时的在线监测技术水平较低。到2000年后，随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要，在线监测技术又开始重新被大家所重视，目前，在国内很多地区的供电企业都开展了这项工作。

三、在线监测指导下输电线路状态检修的特点

（1）实时性。输电线路在线监测技术对设备状态实时监测，不受设备运行情况和时间的限制，可以随时检测设备的运行状态，一旦设备出现缺陷，能及时发现并跟踪检测、处理，对保证电网安全更具意义。

（2）真实性。由于在线监测技术在输电线路设备运行电压和状态下的各项参数进行检测，检测结果符合实际情况，更加真实和全面。

（3）针对性更强。可根据各项数据的发展和变化来确定检修项目、内容和时间，检修目的明确，针对性更强。

（4）提高了设备供电可靠性。由于实行状态检修，减少了线路停电次数和时间，提高了供电可靠性，避免少供电损失，同时也提高了电力部门全员劳动生产率。

四、输电线路在线监测技术的应用

（1）输电线路绝缘子污秽在线监测系统。目前大多采用绝缘子泄露电流进行绝缘子污秽的判断，现场运行监测分机实时、定时测量运行绝缘子串的表面泄露电流，局部放电脉冲和该杆塔外部环境条件等，通过电缆或GSM 、GPRS 、CDMA 、3G 通信模块发送至监控中心，由专家软件结合报警模型进行污秽判断和预报警。已经建立的模糊神经网络方法、多层前项BP 神经网络方法、多重回归方法、灰关联系统理论、基于小波神经网络方法等专家诊断模型，在很大程度上提高了绝缘子污秽和电气绝缘判断精度。近年来，通过光传感器测量等值附盐密度和灰密的在线检测技术得到迅速发展。

（2）输电线路氧化锌避雷器在线监测系统。目前氧化锌避雷器的在线监测方法主要有全电流法、三次谐波法、基波法、补偿法、数字谐波法、双“AT ”法、基于温度的测量法等。现场监测分机实时、定时监测MOA 的泄露电流以及环境温湿度等参量，通过GSM 、GPRS 、CDMA 、3G 发送至监控中心，有专家软件分析判断氧化锌避雷器的性能和动作次数等。

（3）导线温度及动态增容在线监测系统。目前增容方法主要有静态提温增容技术和动态监测增容技术两种。静态提温增容技术是指突破现行技术规程的规定，环境温度任按+40℃考虑，线路上的风速和日照强度完全符合规程要求，将导线的允许温度由现行规定的+70℃提高到80℃和90℃，从而提高导线输送能量。动态监测增容技术是指在输电线路上安装在线监测分机，对导线状态（导线温度、张力、弧垂等）, 和气象条件（环境温度、日照、风速等）进行监测，在不突破现行技术规程规定的前提下，根据数学模型计算出导线的最大允许载流量，充分利用线路客观存在的隐性容量，提高输电线路的输送能量。

（4）输电线路远程可视监控系统。目前可视监控系统分为图像和视屏两类，受监测分机工作电源功率、通信费用等限制，大多采用静止图像进行线路状况判断，例如导线覆冰、洪水冲刷、不良地质、火灾、通道树木长高、线路大跨越、导线悬挂异物、线路周围建筑施工、塔材被盗等，利用GPRS 网络进行图像数据传输；但针对导线舞动等动态信息的监测建议采用视频监控的方式，利用CDMA 网络进行视屏数据传输，同时3G 网络的建设将促使无线视频技术的应用，为输电线路的巡视及状态检修开辟了一条新的思路。

（5）输电线路覆冰雪在线监测系统。目前国内为大多进行覆冰理论、冰闪机理、和杆塔强度设计等方面的研究工作，建立了大量的观冰站、气象站进行现场观察和数据收集，研究了大量预报结冰事件、导线除冰、地线除冰等技术，但针对覆冰雪在线监测技术的研究较少，而2008年的冰灾事故迅速促进了覆冰雪在线监测技术的研发和应用。覆冰雪在线监测的技术主要有两个：一是根据线路导线覆冰后的重量变化以及绝缘子的倾斜、风偏角进行覆冰荷载（覆冰厚度、杆塔受力、导线应力等）计算，直接与线路设计参数比较给出报警信息；二是采用现场图像对线路覆冰雪进行定性观测和分析。建议可将覆冰荷载计算和图像结合起来，这样可提高覆冰雪的监测精度。

（6）输电线路防盗报警监测系统。早期设计的防盗报警主要基于红外探测（被动式红外报警器）、声控探测、断线报警监测等原理。近年来，国内外研发了诸多新型的杆塔防盗报警系统，如微波感应式防盗系统、基于加速传感器防盗系统、基于振动传感器和雷达探测器的防盗系统、感应式防盗系统。这四种系统的构成基本相似，整个系统由监测分机、监控中心、巡检人员组成。在每基杆塔上安装一台监测分机，监测分机是由前端传感器部分和单片机或DSP 处理部分组成，实时监测杆

塔周围移动物体的状态信息，确定可能发生被盗的杆塔线路、位置、时间，并及时通知巡检人员。

五、输电线路在线监测存在的问题

输电线路在线监测技术的推广应用，对电力系统的安全运行起到了积极作用，供电部门积极推行状态检修，减轻了设备检修工作量，提高了电网运行的可靠性。但是，由于技术的复杂性和电气设备的多样性，尚有一些问题值得研究和商鹤。

（1）传感器的特性和质量是在线监测的关键。目前常用线圈式传感器，易受温度、压力、冲击等外界环境的影响，是影响测试精度和稳定性的重要因素。所以研制高精度、高稳定的传感器仍是在线监测的一个研究课题。

（2）干扰问题。由于高压电气设备处在强电场环境中，使微量信号的采集难度增大。

（3）对设备制造厂家提出在线监测技术要求。目前的高压电气设备均未考虑在线监测问题，都是在线监测设备厂家针对运行站内设备情况进行设计并安装。运行设备有的可以安装和抽取信号，有的则不能。

（4）积累运行经验，完善专家系统，制定监测标准。输电线路在线监测的各项参数往往与停电测试结果有一个“偏差”，但这个“偏差”往往存在一定规律，只要积累数据，加以分析就不难发现，并可以此为依据对照预防性试验标准设定报警值，当设备绝缘参数超越报警值时，系统自动报警。完善专家系统，建立数据库，强化分析功能，制定监测标准仍是目前亟待解决的问题。

（5）在线监测的管理问题。要实行状态检修，必须要有能描述状态的准确数据，即要有大量的有效信息用于分析与决策，这就涉及状态数据管理。然而输电线路在线监测系统涉及大量的数据，且数据关系复杂、种类繁多，主要分为三大部分:一是大量输电线路的属性数据，如线路设计条件、运行年限、设备健康状况、地质、地貌、设备危险点、施工图和施工录像等；二是运行管理的各种申请、审批报表等；三是在线监测设备提供线路状态数据，如运行绝缘子表面的泄露电路、导线温度、导线舞动频率、杆塔现场图片以及环境温度、湿度、风向、雨量及大气压力等。如何将众多数据进行有效的存储，管理和利用是输电线路状态运行管理考虑的首要问题，也是很难解决的问题。

六、结论

输电线路在线监测技术能够及时发现和检测出输电线路各项状态的变化，对故障及时处理，保证电网的安全运行。应当进一步推广使用在线监测技术，积累运行经验，积极推行电气设备状态检修。现阶段无线通讯技术、计算机技术、传感器技术的发展为在线监测技术的发展提供了有力的保证，为实施超高压电力线路在线监测技术提供了条件。

但目前输电线路状态检修还不能仅完全依赖在线监测的结果，一是在线监测系统本身还处于研发及试运行阶段；二是在线诊断的专家系统还处于不断完善的过程；三是设备老化及寿命预测的研究还处于初期阶段；四是在线监测系统的技术标准、诊断导则以及专家系统的智能化程度尚有一个形成及发展过程。目前及相当长的一段时间内，需要系统深入的不断总结和分析设备状态所积累的大量诊断数据，制定出各种设备、各种自然灾害的诊断标准和使用导则，经过若干年的实践与修订后，再与在线监测结果进行全面的分析对比，才可能计入真正的状态在线监测新阶段。这个漫长过程还需要多少时间，关键取决于在线监测系统的稳定性、精确灵敏度、智能程度及满足工程需要的工艺水平。尽管人们对输电线路状态在线监测因种种原因而持有不同的态度，但像电力系统综合自动化技术一样，它终将成为提高电力行业技术管理水平和大幅度提高电网安全运行水平的高度智能化的第一道防御系统的关键技术之一。

参考文献：

【1】严璋. 电气绝缘在线监测技术, 北京电力出版社，1999.

【2】关根志s. 电气设备的绝缘在线监测与状态维护, 武汉水利电力大学出版社，2002.

【3】 黄新波, 输电线路在线监测与故障诊断, 宁夏电了出版社，2006.