山區輸電線路在線監測研究

馬玉新

摘 要：根據山區輸電線路的運行狀況，選取典型的輸電線路作為研究對象，研究各類故障情況。結合國內在線監測技術進行預測和在線分析，整合在線監測平臺，通過在線監測逐步消除山區輸電線路故障隱患。

關鍵詞：輸電線路；故障預測；在線監測；智能化監控

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.107

1 項目背景

大悟縣地處湖北與河南交界，境內地形多為山區。山區輸電線路易遭受雷電、大風、冰雪、山火等自然災害和外力破壞因素的影響而無法正常運行。

我們選取位于大悟縣山區110 kV悟新線作為本次的研究對象。110 kV悟新線投運于1989年，是大悟縣公司的重要供電線路之一。歷史上110 kV悟新線曾發生覆冰和導線舞動，也曾發生雷擊故障。近年來，110 kV悟新線多次因故障停運。

2 國內在線監測研究概況

隨著國家電網公司狀態檢修工作的開展，輸電線路狀態遠程在線監測成為輸電線路運維的重要手段。

目前輸電線路狀態監測系統存在的問題主要有：①圖像監測方面僅限于圖片抓拍和視頻瀏覽，未對視頻和圖像進一步智能處理，未從中提取出輸電線路狀態信息；②視頻經GPRS或3G通訊模塊實現遠程通訊，因是連續視頻數據傳送，流量費用較高；③輸電線路受外力破壞時，主要依靠連續視頻記錄作為現場記錄，預警則需專職人員實時查看視頻信息；④桿塔傾斜采用的傾角監測因受桿塔本身振動的影響，誤差較大，不能真實反映桿塔基礎失穩的真實狀態；⑤輸電線路在覆冰條件下的舞動沒有建立模型來預測產生的危害。

本項目主要在現有輸電線路狀態在線監測技術基礎上，在提高可靠性、實用性和有效控制成本的前提下解決上述問題。

3 在線監測綜合平臺應用前景

在線監測綜合平臺應用前景主要有：①建立110 kV悟新線線路舞動、覆冰仿真模型，采用現場實測數據，擬合和修訂輸電線路舞動及覆冰模型以及模型中的參數，提高模型的精度。根據中、短期氣象預報，可以對輸電線路覆冰情況進行預警。②解決輸電線路走廊火焰煙塵預警，在輸電線路跨越農田耕地、山火頻發、煙花爆竹燃放的地區，減少走廊火焰煙塵引起的事故。③輸電線路基礎開挖、礦區采空、滑坡、泥石流等原因引起的基礎失穩，在受到線路覆冰或大風使桿塔動態載荷增加時，桿塔會破壞性傾斜甚至傾覆。基于輸電線路塔線系統動力學數據檢測和分析的方法能有效解決該問題。④本項目采用的技術能在破壞發生之前發出預警，并在外力破壞過程中通過視頻或照片記錄現場，為事故后的責任分析提供翔實的佐證。⑤在防雷、污穢在線監測方面，運用現在較成熟的技術進行二次開發，集成到本項目中，能有效解決輸電線路雷擊隱患，并實現污穢程度在線監測。⑥本項目采用高性能和較強的數字信號處理能力的嵌入式計算機系統作為現場主機，實現主機直接運行視頻處理和振動信號分析，直接得出預警輸出。

4 具體實施方案

4.1 智能化監控主站研制

采用數據庫及SVG、CIM實現系統圖模一體化建模，并開發監控數據的高級分析功能以及與SG186系統接口等。

4.2 智能化監控終端研制

現場嵌入式計算機系統具有多路視頻輸入、視頻本地存儲、作為現場監測傳感器上位機等功能。實現桿塔周圍視頻數據采集和架空線路通道視頻數據采集，并根據上位機發來的指令，通過無線通訊模塊將視頻數據傳送到監控中心。

數字視頻監控是指經前端視頻采集設備采集監控現場的視頻信息并進行數字化處理，然后經傳輸網絡將數據傳送至后端顯示設備， 供監控人員決策、反應。數字視頻監控主要實現以下功能：①遠程監控中心視頻點播。操作人員可根據需要實時點播視頻和終止視頻瀏覽、傳輸和存儲，也可設定相應功能的工作時段。②監控中心云臺控制。監控中心可控制云臺轉動，設置攝像頭巡航路徑和周期等。③根據振動分析結果和圖像視頻識別，決定是否啟動主動視頻傳輸和存儲視頻信息。④晝夜智能識別。自動識別白天還是晚上，決定是否開啟攝像頭。

4.3 覆冰圖像檢測

采用邊緣檢測算法解決輸電線路覆冰厚度的可靠檢測問題，通過攝像頭拍攝，將圖像經過灰度處理、圖像微分銳化處理、二值化處理后，可得到冰的邊緣。

4.4 導線舞動圖像識別與建模

4.4.1 導線舞動建模

導線舞動的三自由度模型不僅考慮導線覆冰特性、結構參數以及流固耦合的影響，也考慮垂直、水平及扭轉振動之間的耦合關系，較全面地反映導線舞動的特性。通過現場視頻記錄的線路覆冰、舞動圖像可用于擬合三自由度模型中的計算參數，提高模型的準確性。

4.4.2 導線舞動的計算機仿真研究

根據氣象預報和在線監測數據，結合導線覆冰舞動模型，可算出線路舞動關鍵特征數據，例如舞動的最大振幅、覆冰厚度、導線張力等。當計算預測結果超過禁戒值時，給出報警信息。

4.5 火焰煙塵檢測

本項目采用基于圖像處理的火災監控方法。通過高精度的CCD 圖像傳感器采集現場的視頻，并在嵌入式計算機系統中采用圖像處理技術對火焰煙塵圖像進行識別。

4.6 振動檢測與動力學分析

本項目提出使用非線性動力學分析輸電線路桿塔特性，獲取其基礎失穩判據。通過對檢測信號獲取桿塔固有振動信號，然后根據桿塔固有振動信號的變化來分析桿塔基礎的穩定性及外力變化，從而有效獲取失穩判據。

4.7 輸電線路防雷監測

記錄線路遭受雷擊數量，并使用無線技術傳輸到智能監控終端系統。

4.8 絕緣子污穢在線監測

利用泄漏電流沿面形成的原理，在絕緣子接地側通過引流卡或電流傳感器在線實時監測泄漏電流，通過無線傳輸將數據傳輸到智能化監控主站。

4.9 電源系統設計

在桿塔監控系統中，電源系統由多個部分構成，間歇性工作系統功耗較低，加入儲能元件實現不工作時充電，工作時再放電。對桿塔上監控系統而言，其功耗主要由視頻處理和系統控制核心板卡、3G無線通訊模塊、振動傳感器和無線通訊模塊等組成。由于桿塔上各個部分功耗較高，且為核心板卡持續供電時功耗較大，為此，供電采用太陽能電池板配合可充電鋰電池方式供電。

5 結束語

上述各功能模塊已有成熟產品，實施較為方便。110 kV悟新線安裝在線監測平臺后，對線路可能發生的各類故障情況進行預測和在線分析，通過在線監測，逐步消除山區輸電線路故障隱患。

〔編輯：王霞〕

Abstract： According to the health of the mountains of transmission lines， transmission lines typically selected as the research object， all kinds of fault conditions. Combined with the on-line monitoring technology forecasting and online analysis， integrated online monitoring platform， and gradually eliminate risks through the mountains transmission line fault-line monitoring.

Key words： transmission line； failure prediction； line monitoring； intelligent monitoring