輸電線路在線監測設備可靠性的提升措施研究

徐望圣,童干，汪旭旭，秦冰

(1.南方電網有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國家電網公司直流建設分公司宜昌工程建設部，湖北 宜昌 443000； 3.國網甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

輸電線路在線監測設備可靠性的提升措施研究

徐望圣1,童干1，汪旭旭2，秦冰3

(1.南方電網有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國家電網公司直流建設分公司宜昌工程建設部，湖北 宜昌 443000； 3.國網甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

現有輸電線路在線監測設備在通信、視頻、供電等方面存在數據不穩定、視頻模糊、供電效率低等問題。本文針對上述問題，提出了遠距離WiFi傳輸技術、高可靠攝像頭、可靠供電技術，并將其應用于實際工程中，應用效果表明，改進后設備可靠性高于原有在線監測設備。

輸電線路；在線監測；可靠性；提升措施

1 引言

輸電線路設備的安全可靠是整個電力系統安全可靠性的基礎，設備某一局部故障常常會波及全系統，影響電網安全運行，從而給國民經濟造成不可估量的損失。因此需要輸電線路管理部門通過合適的在線監測[1-4]技術及時掌握輸電設備的運行狀態和健康狀態，為正確地對設備進行故障檢測和診斷提供依據，從而制定合理的檢修體制和消除設備的故障。但是，現有監測裝置普遍存在著數據傳輸不穩定、供電不足、監測裝置穩定性差等問題，急需通過對各類先進智能技術的引入、現有監測技術的改進及新型監測技術的研發等多種手段來改進和完善現有監測技術及裝置的不足，為檢修工作提供可靠、有力支持。

2 在線監測設備存在的問題

2.1 問題形式

現有在線監測產品在數據傳輸、監測裝置性能、監測裝置質量等方面存在的不足，嚴重影響在線監測設備的可靠性。這些不足主要表現如下：

2.1.1 數據傳輸

對于分屬不同供應商的在線監測裝置，各類在線監測裝置數據傳輸規則不一致，數據后臺和監控設備重復配置，且導致數據分散；各類裝置功能相互獨立，檢測數據不能共享且重復監測。在數據傳輸中存在公網與內網的數據交換的安全問題，各分公司都是內外網隔離，數據傳輸困難，統計查詢也不方便，對于偏遠山區，有可能存在網絡覆蓋不全的問題。由于目前輸電線路在線監測技術主要是通過第三方的GSM無線通訊移動網實現實時傳輸，上述因素常引起數據傳送延時和漏傳現象的發生。目前在線監測采用的通信手段，受到通訊網絡覆蓋面的制約，缺乏有效的通訊手段進行及時、大流量數據的傳送。GSM無線通訊移動網是公共網絡，今后大量應用，數據的安全性值得深思。

2.1.2 監測裝置性能

建立于在線監測數據之上的分析模型并不多見且標準不一，雖能獲得數據，卻得不到實際意義。監測系統電源單一，多為太陽能電池供電，部分產品采用電源采用太陽能和蓄電池的組合供電方式。但由網省公司反映的結果看，有相當一部分設備的電源不能滿足長期監測的需要。部分在線監測裝置功能單一，只是對實時情況進行監測，對趨勢的發展沒有分析及預警功能。輸電線路狀態評估的智能化程度不高，需要建立智能判據系統，實現數據的智能分析，能準確可靠的用于狀態檢修，形成能真正指導生產實際的判據和標準。圖像及視頻設備適應線路環境的性能較差，夜間采集的圖像不清晰，不具備紅外線功能，在雨霧天氣球機外罩經常出現水膜，在冬季球機外罩水膜經常結冰，造成無法得到有效的監控圖片。輸電線路在線監測技術通常是采用點對點的監控，成本較高，雖然可以對特殊地段局部進行監控，但是不能滿足對特殊地段全面監控的需要；有些特殊地段信號較弱，還無法實現應用。

2.1.3 監測裝置質量方面

在線監測裝置的系統不穩定，設備適應線路惡劣環境的性能較差，設備失效等問題。電池、太陽能板壽命較短，冬季電池的使用性能明顯下降，甚至無法工作。

2.2 提升在線監測設備可靠性思路

2.2.1 提升通信穩定性[5-6]

現有在線監測裝置普遍采用3G/GPRS公網進行數據的通信傳輸，但受運營商網絡條件限制，如在每天網絡使用高峰時段，在線監測通信的穩定性常因此時的數據帶寬低而受到影響。針對該問題，考慮利用遠距離WiFi技術建立專用通信網絡來解決通信帶寬不足的問題。

2.2.2 提升視頻監測攝像頭[7]可靠性

目前，室外球機通過透明罩將攝像頭跟外界隔離，可是當環境溫度比較低，濕度比較大且早晚溫差很大的時候，在球機的表面以及內部容易結冰結霧。因此攝像頭無法拍攝到現場的照片，照片是一片模糊，嚴重影響視頻在線監測裝置的使用。目前市面上的視頻在線監測裝置還未有這方面的解決方案，有必要設計一種既可防冰又可防霧的高可靠視頻監測攝像頭。

2.2.3 確保有效供電[8-9]

大多數在線監測裝置普遍采用電池進行供電，而在新電池技術巨大突破之前，電池的儲電容量始終是在線技術有效供電的瓶頸。因此，需研發出一種新型電池電能管理技術來合理使用電池電量。但受電池容量制約，僅使用電池管理技術合理使用電池電量，也只能有限提升電池的供電時長，故采用風光互補供電技術以保證在線監測裝置的長期持續正常工作。

3 解決措施

3.1 遠距離WiFi技術

目前市場上所用的WiFi產品大多傳輸距離為100m左右，滿足家用、商場、辦公樓場所即可足夠。然而，輸電線路鐵塔一般地處荒郊野外。距離有線網絡站點較遠，一般在1000m甚至更遠。所以一般的WiFi產品很難滿足輸電線路視頻在線監測的需求，因此必須針對輸電線路特有的運行環境，設計出適應輸電線路的WiFi技術。

系統(圖1)主要由監測點、WiFi信號落地點、視頻監視主站組成。遠距離WiFi傳輸技術的核心部分在于遠距離高帶寬無線網橋的應用。此處所用的遠距離高帶寬無線網橋設備型號為IPlink5808G。

圖1 系統結構圖

監測點安裝在塔桿上，監測點將桿塔上安裝的的各類傳感器和視頻攝像頭采集輸電線路的實時數字和視頻信息，連接至遠距高寬網橋，WiFi信號落地點通過遠距離高帶寬無線網橋接受數據并連接Internet上傳數據，用戶登陸視頻監視主站網頁，查看監測點處的監測數據和視頻信息。

3.2 高可靠攝像頭

3.2.1 防冰除霧技術

為了去除球機上的冰和霧，解決該技術問題所采用的技術方案主要為在球機內的鐵殼表面粘貼一種特殊材料的隔熱膠，然后將塑膠加熱片粘貼在隔熱膠上。隔熱膠的目的是為了阻止加熱片熱量傳遞到球機鐵殼表面，使發熱片的熱量全部傳遞到球機內部的空氣里，從而節省能量。當球機內的空氣加熱到一定溫度后，球機外面的冰自然融化，球機內部的霧氣慢慢蒸發掉，使球機變得越來越透明。從而在不改變原有球機的外觀結構前提下，可通過后臺控制是否開啟加熱裝置，達到邊拍照邊加熱除冰除霧的性能，結構簡單。

圖2為球機除冰除霧裝置示意圖，1為隔熱雙面膠，2為塑膠發熱片，3為球機鐵殼。塑膠發熱片通過隔熱雙面膠粘貼在球機鐵殼上，每片功率17W。將球機放置于低溫箱中，將溫度調至零下5°附近，模擬室外冬天真實環境，使得球機罩上結冰結霧。開啟加熱裝置的同時，低溫箱仍然保持之前設定的溫度值，真實的模擬現場環境，如圖3所示。

圖2 球機除冰除霧裝置示意圖

圖3 球機罩除冰除霧前后對比圖

3.2.2 夜間紅外成像技術

輸電線路夜間巡視難度較大，且能見度低，一般視頻監測無法實現夜間監測。而紅外成像技術并不受能見度的制約，能夠通過所監測物體輻射的紅外線波長探知物體表面溫升情況，同時不會受到強光、閃光干擾，因此可以在夜間探知輸電線路絕緣子串表面、導線接頭、金具等處的溫升。

3.3 可靠供電技術

3.3.1 電池電能管理技術

根據已有的電池單體的荷電性質，研究電池組的荷電特性。并研究不同影響因素如負載大小、溫度差異等對電池組電壓電流的影響，通過測量電壓電流獲得大量數據，運用模糊邏輯建立電池組的電量管理系統。同時增加外部用電設備電量使用監控程序，使系統實時監控未及時關閉的視頻監測設備并將其自動關閉，保證電池組長時間有效供電。

3.3.2 風光互補充電技術

風光互補充電技術結合了風力發電機充電和太陽能板充電的優勢，彌補兩者不足，如風力發電機充電能夠在陰天黑夜、風雨天氣充電，而太陽能板只能在陽光充足時工作。風光互補關鍵技術主要指直立軸風機技術。目前風力發電機可以按風機容量、交-直流變換方式、風機軸結構形式等方式分類。目前輸電線路在線監測設備充電設備也存在風力機的應用，但是多為小型水平軸風機，而直立軸風機卻在線路在線監測中很少看見。

輸電線路在線監測選用直立軸風機發電，較水平軸風機有諸多優點。直立軸風機中軸線豎直向下，葉片可以360度自由采風，因此不需要偏航系統，結構相對于水平軸風機要簡單；直立軸風機力學性能優異。而水平軸風機的缺點就是風載作用下的彎矩要比直立軸風機產生的彎矩大得多，所以直立軸風機的應用可以減少對輸電桿塔的影響。

4 應用

針對目前在線監測設備可靠性普遍較低的問題，湖北電力公司檢修分公司鄂西北檢修分部對所轄輸電線路在線監測設備進行改進升級，應用了遠距離WiFi技術、高可靠攝像頭、可靠供電技術，實際應用圖片如圖4所示。

圖4 實際應用效果圖

上述設備掛網運行一年多來，與原有在線監測設備相比，可靠性得到了明顯提高。同一區域內，對原有和升級后的在線監測設備隨機進行了150次數據抽查，采用3G/2G通信網絡傳輸數據的原有設備出現無法接收數據、視頻卡頓現象48次，采用遠距離WiFi技術的設備僅出現3次傳輸失敗事件(其中3次為WiFi落地端停電導致)；2013年冬季達到攝像頭防冰除霧的天數為21天，采用普通攝像頭的設備有19天出現無法看清檢測設備情況，安裝有高可靠攝像頭的設備僅有1天出現攝像頭模糊現象。2013年冬季襄陽無日照天數為49天，電池自動關閉(電量低于20%時)天數統計中，原有設備電池自動關閉天數為15天，升級后的設備電池未出現自動關閉情況。由此可知，經過改進升級，輸電線路在線監測設備的可靠性得到了有效提升。

5 總結

(1)遠距離WiFi技術彌補了3G/2G移動通信網絡在偏遠地區、信號擁堵時段出現的監測數據丟失缺陷，能夠保證在線監測設備進行實時監測；

(2)高可靠攝像頭利用防冰除霧技術、夜間紅外技術，改善了現有監測中冬季攝像頭結冰視頻模糊、夜間無法監測的現狀；

(3)可靠供電技術利用電池電能管理技術、風光互補充電技術，增加了非充電時段電池的工作時長，豐富了監測設備上電池的充電方式。

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Study on Improving Reliability of On-line Monitoring Equipment on Transmission Lines

XUWang-sheng1,TONGGan1,WANGXu-xu2,QINBing3

(1.Guiyang Bureau of CSG EHV Power Transmission Company,Guiyang 550000,China; 2.DC Construction Branch Yichang Construction Engineering of State Grid Corporation,Yichang 443000, China; 3.Zhangye Bureau of Gansu Province State Grid Power Company,Zhangye 734000,China)

The monitoring equipment on overhead lines usually exist problems such as unstable data,fuzzy video images,low energy supply efficiency.For the above situation,WiFi long-distance transmission technologies,highly reliable camera and reliable power supply technology is put forward in this paper.It is applied to the actual project.The application results show that the improved equipment reliability is higher than the original line monitoring equipment.

overhead lines;online monitoring;reliability;promotion measures

1004-289X(2016)03-0019-04

TM8

B

2015-11-29

徐望圣(1982.8-),男，湖南益陽人，本科，工程師，生產設備部輸電管理專責； 童干(1989.9-)，男，湖北黃岡人，本科，助理工程師，從事輸電線路運行維護工作； 汪旭旭，男，湖北遠安人，助理工程師，主要研究方向為特高壓直流技術研究與應用； 秦冰(1984.10-)，男，甘肅張掖人，本科，助理工程師，從事變電檢修工作。