架空輸電線路微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

馬淑玲 裴躍武

(鄭州電纜有限公司，河南 鄭州 450016)

1 數(shù)據(jù)探測(cè)及采集解決方案

監(jiān)測(cè)參數(shù)：導(dǎo)線（地線）的振動(dòng)加速度、頻率、振幅、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向；參數(shù)技術(shù)指標(biāo)：導(dǎo)線振動(dòng)加速度測(cè)量范圍：±5g；導(dǎo)線振動(dòng)加速度測(cè)量精度：±0.1g°； 導(dǎo)線振動(dòng)振幅測(cè)量范圍：0～1.5mm（p－p）；導(dǎo)線振動(dòng)振幅測(cè)量精度：±5%；導(dǎo)線振動(dòng)頻率測(cè)量范圍：0～200HZ；風(fēng)速測(cè)量范圍：0m/s～60m/s；精度：±（0.5＋0.03V）m/s，V 為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值；分辨率：0.1m/s；起動(dòng)風(fēng)速：＜0.2m/s；抗風(fēng)強(qiáng)度：75m/s。風(fēng)向測(cè)量范圍：0°～360°；測(cè)量精度：±2°；分辨率：0.1°；啟動(dòng)風(fēng)速：＜0.2m/s；抗風(fēng)強(qiáng)度：75m/s。在輸電線路關(guān)鍵區(qū)段實(shí)施微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)積累大量數(shù)據(jù)，對(duì)于分析線路運(yùn)行、改進(jìn)設(shè)計(jì)以及壽命評(píng)估都將起到不可替代的作用。

2 風(fēng)偏監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

輸電導(dǎo)線風(fēng)偏是一項(xiàng)對(duì)線路安全運(yùn)行極具威脅而又頗為復(fù)雜的研究課題。風(fēng)偏是一種由風(fēng)引起的導(dǎo)線擺動(dòng)現(xiàn)象，風(fēng)偏的形成一般取決于兩個(gè)方面的因素，即風(fēng)激勵(lì)和線路結(jié)構(gòu)與參數(shù)。由于風(fēng)偏的度很大，輕則造成相間閃絡(luò)、金屬夾具損壞，重則造成線路跳閘停電、拉倒桿塔、導(dǎo)線折斷等嚴(yán)重事故，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。風(fēng)偏角的測(cè)量方法；傾角傳感器安裝在球頭掛環(huán)上，絕緣子串的搖擺反映在傾角傳感器上便是絕緣子串的搖擺角φ，即為風(fēng)偏角；風(fēng)偏距的測(cè)量原理：利用安裝在球頭掛環(huán)上的傾角傳感器，可以方便測(cè)量出絕緣子串的搖擺角。并根據(jù)橫擔(dān)長(zhǎng)度L，絕緣子串長(zhǎng)度等常量，可計(jì)算出風(fēng)偏距R。當(dāng)風(fēng)偏發(fā)生時(shí)，絕緣子串會(huì)產(chǎn)生搖擺，其擺幅在水平面的分量X的值可由下式確定：X=λtgφ 此時(shí)的風(fēng)偏距：R=L－X。

3 輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

輸電線路桿塔傾斜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過測(cè)量桿塔、 拉線的傾斜角度，并測(cè)量環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等參數(shù)，并將測(cè)量結(jié)果通過移動(dòng)/聯(lián)通GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到接收中心，中心軟件可及時(shí)顯示桿塔的傾斜狀況，并可顯示桿塔的傾斜趨勢(shì)、傾斜速度，在傾斜角度到達(dá)某值時(shí)以短信、界面、警笛等方式發(fā)出報(bào)警信息，預(yù)防事故的發(fā)生。

監(jiān)測(cè)參數(shù)：桿塔的順線傾斜角、橫向傾斜角、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向；參數(shù)技術(shù)指標(biāo)：桿塔傾斜角動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：雙軸±20°；桿塔傾斜角測(cè)量誤差：≤±0.05°；風(fēng)速測(cè)量范圍：0m/s～60m/s；精度：±（0.5＋0.03V）m/s，V 為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值；分辨率：0.1m/s；起動(dòng)風(fēng)速：＜0.2m/s；抗風(fēng)強(qiáng)度：75m/s。風(fēng)向測(cè)量范圍：0°～360°；測(cè)量精度：±2°；分辨率：0.1°；啟動(dòng)風(fēng)速：＜0.2m/s；抗風(fēng)強(qiáng)度：75m/s。

4 輸電線路氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

隨著電網(wǎng)的發(fā)展延伸，通過復(fù)雜地形及惡劣氣候條件地區(qū)的輸電線路日益增多。近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)主干線500（330、220、110）KV 線路因氣象原因發(fā)生倒塔、斷線事故大量增加。產(chǎn)生上述事故原因之一是設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)微地形、微氣象的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)沿線風(fēng)口、峽谷、分水嶺等高山局部特殊地段的氣象資料掌握不夠。在一條幾十千米至幾百千米長(zhǎng)的送電線路中，山嶺縱橫、海拔高程懸殊，氣象變化顯著，小氣候特點(diǎn)十分突出，鄰近氣象臺(tái)站的觀測(cè)記錄，不能滿足微地形地段線路的設(shè)計(jì)、維護(hù)需求。

5 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)包括在線監(jiān)測(cè)裝置、 氣象測(cè)量站、CDMA/GPRS 傳輸模塊、控制中心。拉力、傾斜角、氣象等數(shù)據(jù)采集模塊和ZigBee 通信模塊組成了監(jiān)測(cè)終端的硬件。低功耗的無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠在一個(gè)輸電線路周圍實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，采集導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并在每個(gè)塔架上的主節(jié)點(diǎn)通過CDMA/GPRS 等通訊主干網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。主控模塊、無(wú)線通信模塊、圖像控制模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，組成了子站系統(tǒng)監(jiān)測(cè)主機(jī)。控制中心系統(tǒng)包括集群通信前端監(jiān)控系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)、輸電線路計(jì)算模型。子站系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)主機(jī)和監(jiān)測(cè)子站將監(jiān)測(cè)結(jié)果通過相應(yīng)的通信協(xié)議，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以報(bào)文的形式發(fā)送到主站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)裝置安裝在各線路導(dǎo)線上的溫度檢測(cè)裝置，按照接受到的指令進(jìn)行導(dǎo)線溫度檢測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算分析監(jiān)控中心。主站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析處理，得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)判斷輸電線路是否有覆冰產(chǎn)生，如果有覆冰，主站會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信息。

6 主要技術(shù)參數(shù)

基于無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)體系的高壓輸電線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；低功耗，系統(tǒng)整體功耗低，可以在使用較小的蓄電池與太陽(yáng)能板的情況下在陰雨天氣連續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)15 天，每天正常工作24小時(shí)；輸出電壓：4.6V；峰值功率：0.4W；最大輸出電流：87mA；控制板尺寸：5cm 長(zhǎng)*3cm 寬；重量：≤1.5Kg，球形體積較小（直徑≤10cm）；允許長(zhǎng)期通過導(dǎo)線負(fù)荷電流：50A～1000A（可根據(jù)客戶要求提高到1500A）；導(dǎo)線溫度測(cè)量范圍：－55℃～＋125℃，精度：±0.5℃，接觸式；交流電流測(cè)量的范圍：100A～900A（可根據(jù)客戶要求提高到1500A），精度：±5%；采集信號(hào)發(fā)送間隔時(shí)間：2分鐘～23 小時(shí)（該功能可以開啟關(guān)閉）；報(bào)警溫度門限設(shè)定范圍：＋50℃～＋125℃；通信方式：WSN；單裝置多測(cè)溫點(diǎn)（增加測(cè)溫的可靠和準(zhǔn)確性）。

7 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用本系統(tǒng)，既可以減輕維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)掌握相關(guān)工作人員狀態(tài)，又可以縮短停電時(shí)間，減少停電損失。保守估算，每年可節(jié)約上千萬(wàn)的資金損失，大大提高鐵路運(yùn)營(yíng)水平，在全行業(yè)樹立先進(jìn)形象，為我變電站的安全運(yùn)行提供有力支持，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]王軍龍.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(4)