輸電線路智能運維系統的通信及定位技術研究

李鴻

摘要：智能運維系統是加強輸電線路運行維護質量、解決輸電線路跳閘多發態勢的有效工具。而通信及定位技術是智能運維系統正常發揮作用的關鍵支撐技術。因此，文章以輸電線路智能運維系統的運行背景為入手點，簡要闡述了通信技術、定位技術的應用設計方案，并對智能運維視角下的通信技術、定位技術應用效果進行了簡單的分析。

關鍵詞：輸電線路;智能運維系統;定位技術

前言：輸電線路是銜接發電端、變電配電端的樞紐，承擔著傳輸電網中電力能源的任務，輸電線路運維可靠性對電網安全穩定性具有直接的影響。在近幾年特高壓、超高壓輸電線路投運量日益增多的背景下，我國各個地區網絡聯系更加密切，網絡拓撲結構的復雜度也更高。與此同時，極端氣候、自然災害頻發，導致輸電線路跳閘事故率始終停留在較高的水平。這種情況下，研究智能運維系統的通信及定位技術，對于降低輸電線路的事故率就非常必要。

一、輸電線路智能運維系統的運行背景

某電網共有3座變電站，變電總容量為1001MVA。截止至今，該電網網架已形成以電廠為主要電源點，以多站點為端口的鏈式結構，每座變電站電源源于不同的電源點，可以基本保證電力資源供應可靠性。該電網公用線路總長度為310.25km，架空線路305.20km，其余為電纜線路。線路的四分之一為單環網線路，其余則為雙輻射線路、單鏈結構、單輻射線路。

通過對近幾年電網輸電線路問題進行統計可知，主要故障問題原因為風災因素、運行維護不當、設備老化、雷擊問題、外力破壞等。

二、輸電線路智能運維系統中通信及定位技術的應用設計

1、通信技術應用設計

根據輸電線路智能運維系統運行要求，在通信技術應用設計過程中，可以考慮已鋪設光纖、未鋪設光纖兩種情況[1]。

在未鋪設光纖的情況下，無線是通信專網構建主要用形式。為突破功率、接入量對單一無線數據通道運行效率的限制，可以結合無線局域網、寬帶無線方式，構建雙層無線鏈路系統。首層無線鏈路系統由覆蓋面較大（20.0km）的寬帶無線設備構成;次層無線鏈路由覆蓋面積較小（3.0km）的無線局域網節點構成。無線局域網節點可以多跳方式連接，滿足輸電線路狀態信息接入要求。進而助力輸電線路狀態智能巡檢指導、巡檢路線規劃工作開展，保證輸電線路智能運維準確率。

在已鋪設光纖的情況下，每一個桿塔是輸電線路在線監測點的布置點，通信技術需要承擔智能運維系統監測主站、每一個桿塔之間的信息交互[2]。此時，可以利用每一個桿塔自帶的光纖資源，選擇無源光網絡+無線局域網結合方式。即經無線局域網絡方式，將多個桿塔就近接入到光網絡單元。進而利用OPGW光纜，沿著輸電線路接頭點，進行分光耦合，實現在線監測主站端的光線路終端、光網絡單元之間的信息交互。需要注意的是，在接入點距離設置時，應考慮無線局域網有效覆蓋范圍，在光網絡單元下進行AP無線接入點的連接，實現整個輸電線路上的IP接入。在部分監測點數少、線路短的情況下，還可利用工業以太網交換機與無線局域網相結合的形式。即應用2根互為備用的光纖，經以太網接口進行一個布點間距小于6.0km的串行鏈路構建。在將一段輸電線路兩端變電站接入到光纖骨干網絡后，構建具有抵抗單點設備故障能力的環網。

2、定位技術應用設計

在輸電線路智能運行維護系統中，可選擇的定位技術為超聲波測距技術。超聲波測距技術具有能量損耗慢、傳送距離遠、針對特點明顯的優良特點。該技術主要依托基于電能的超聲波生成裝置或基于機械的超聲波生成裝置，比如，經壓電晶體的諧振功能壓電式超聲波生成裝置，其內部具有兩壓電晶體，其共同組成了一個共振模塊。在將一個脈沖信號施加到模塊正端、負端后，若脈沖信號頻率、壓電晶體固有振蕩頻率為相同的水平，則壓電晶片會發生共振情況，引發共振板震蕩，進而出現超聲波;若正、負電極間無電壓，則將超聲波傳輸給共振板后壓電晶體會出現振動，電信號會代替機械能，超聲波生成裝置轉變為超聲波接收裝置。

已知20℃室溫大氣中超聲波傳送速率為每秒344m，利用計時裝置可以獲得超聲波傳輸時間t，經時間差測距公式，可以得到輸電線路起始點到障礙點的距離s。

具體計算公式為： ? ?-1

-1中T為獲取距離發送的時間差，即超聲波傳輸時間（開始到結束時間）t的1/2。

除超聲波測距定位技術以外，還可以應用離散傅里葉變換DFT與向量機SVM。其中向量機SVM主要用于目標定位，離散傅里葉變換DFT則用于數據收集。在定位前，可以利用離散傅里葉變換DFT提取每一個電流故障信號的基頻信息，并在獲得對應的基頻特征后對其進行歸一化處理。同時將收集的位置信息、運動軌跡信息反饋給終端。進而由向量機SVM搭建故障定位器，將歸一化后基頻特征序列作為樣本進行定位訓練，冰帝隸屬度函數進行調整后獲得規則庫[3]。同時設置誤差、學習方法、訓練次數形成初始定位系統。最終根據設定模型評估原則計算故障點、電源之間的距離占輸電線路總長度的百分比，完成單相接地故障、兩相接地故障、相間故障、三相故障定位。

三、輸電線路智能運維系統中通信及定位技術的應用效果

1、降低誤差

由時間差測距公式可知，超聲波測距定位技術在輸電線路智能運維系統中產生誤差源于超聲波傳輸速率誤差、測量距離傳送時間誤差。前者與氣體濃度存在較大關系，在空氣密度處于較高數值的情況下，超聲波傳輸速率處于較高的數值，速度誤差可忽略不計。反之則需要考慮空氣密度的相關因素——環境溫度，配合溫度補償技術，將測距定位誤差控制在1.00m以內，滿足高精度測量要求;后者與20℃室溫內超聲波速度具有較大關系，由20℃室溫內超聲波速度可知，每秒為s△t<（0.001/344）≈0.000002907s，可以達到微秒級別，誤差小于1.00mm。由上述數據可知，利用上述定位技術，可以達到最優故障定位，減少停電損失，降低維護人員工作量，提高電力資源供應可靠性。

2、提高效率

寬帶無線與無線局域網相結合、工業以太網交換機與無線局域網相結合、無線光網絡與無線局域網相結合的通信技術在輸電線路智能運維系統中的應用可以顯著提升線路巡檢內容、巡檢路線、巡檢結果的傳輸準確性、實效性，為輸電線路運行維護水平提高提供依據。以跳閘事故為例，自寬帶無線、工業以太網交換機無線光網絡與無線局域網相結合的通信技術應用后，累計發現不同原因的跳閘隱患18000余項，其中12000項由系統自動識別推送，有效避免外破跳閘5000余次，外破跳閘占比也由以往的65%降低到18%，線路運行維護效率、質量均有效提升，年均節約線路運行維護成本220余萬元。

總結：

綜上所述，智能運維系統可以及時發現因風災因素、運行維護不當、設備老化、雷擊問題、外力破壞而引發的輸電線路故障，并將位置信息傳輸給控制終端，保證相應故障的及時解決。在智能運維系統應用設計過程中，技術人員應結合區域電網輸電線路運行情況，沿著定技術、建框架、配資源的程序，進行通信技術與定位技術的應用方案設計。同時對相應技術應用效果進行恰當分析，根據分析結論，進行系統應用方案的再次優化，為輸電線路智能運維系統優良作用的充分發揮提供依據。

參考文獻：

[1]梁介眾，張孝祖，張霖嘉.智能巡檢管理系統在輸電線路運維中的應用分析[J].電子元器件與信息技術，2020（01）：103-104.

[2]徐進，孫靜，牛倩.基于主動預防策略的風電場智能運維管理解決方案[J].水力發電，2020（03）：104-107.

[3]趙盟，王馨，鄭一博，許鵬.冀北智能運維管控系統的設計與實現[J].網絡安全技術與應用，2018（03）：106-107.