輸電線路狀態監測導線溫度的系統設計

關卓林 王玉俠

摘要：為解決現有電網遠距離供電時輸送電容量因多種技術受限導致下降，從而不能滿足電力用戶需求的問題，在原有的輸電線路上，采用分布式低功耗溫度采集技術、通用分組無線服務技術GPRS（GeneralPacket?RadioService）遠程數據傳輸和輸電線路動態增容技術，綜合設計出一種能夠對輸電線路的電流和溫度進行實時監測的系統，從而使該系統能及時、準確地反映輸電線路各監控點的溫度狀況，通過遠端數據反饋分析從而對電網進行參數調整，使系統在線監測的高效性、穩定性和可靠性得到提升。

關鍵詞：高壓輸電線路;導線溫度;在線監測;動態增容

隨著用電負荷的變化和發展，多種技術受限導致降低了電力系統中輸電線路的輸電能力，進而大大降低了系統的輸送容量，難以滿足電力用戶需要[1]。為了提高系統傳輸中的傳輸容量，主要方法包括靜態提溫增容技術和動態實時監測增容技術，由于后者具有安全、可靠等優點，應用更加廣泛。利用動態增容技術的監測方法分別有基于氣候監測、直接溫度測量監測、導線弧垂測量監測以及導線張力測量監測的動態增容技術，經研究表明，采用基于直接對輸電線路溫度測量的動態增容技術是比較可行的方法，但在線監測系統在技術方面和管理方面任存在諸多待解決的問題[2]。本文提出一種基于導線溫度狀態監測的動態增容系統，主要實時監視導線溫度，采集輸電導線所處環境信息，通過GPRS無線傳輸模塊向監控中心反饋數據[3，4]，能實時確定其傳輸功率極限、從而提前發現線路中監測部位的過熱點，為動態提高輸電線路容量及狀態檢修提供可靠的依據。

1?輸電線路增容方法

1.1?靜態提溫增容技術

該技術的原理是突破行規限制，對于環境溫度仍按40℃進行考慮，環境風速、光照強度也同樣按行規要求計算，通過對導線的最高允許溫度提出改進從而來實現輸電容量的提升。通過實驗證明，如果將溫度提升一定裕度，輸電線路的輸送容量明顯得到提高，從而帶來較高的經濟收益。但是，通過該技術提升輸送容量，也會來帶來一些負面影響：（1）輸電線路的導線以及配套的金具使用壽命會受到影響;（2）溫度提高同樣會使導線的弧垂增加，導致對地以及交叉跨越的安全裕度得到不同程度的影響;（3）該技術提升載流量的同時，電能損耗也相應增加。

1.2?動態增容技術

該技術是通過輸電線路上的測溫終端，實時監測線路本身的狀態和環境氣象條件信息[5]。在保持現有行規的前提下，根據應用條件所選擇增容模型，推導計算出導線各時刻的最大允許載流量，從而用以提升系統的輸電容量。動態增容技術相較于靜態增容技術很大程度上可以保證設備和系統的穩定、安全運行。

1.3?理論模型的建立

影響導線載流量的因素有多種，不同國家在計算載流量時考慮的因素也不一樣，從而公式的系數也有所不同。本文使用的導線載流量公式是采用文獻[6][7]介紹的通過熱平衡原理推到得到提出的公式，如下式所示：

暫態相較于穩態是種動態的變化，決定因素有多種，因此要計算暫態下導線的載流量需要考慮多種情況，其中主要考慮的是施加負荷的影響。其計算公式由式（1-2）和（1-3）所示：

2??系統總體設計方案

本系統結構由近到遠可看作三層，包括為近距離通信層、遠距離通信層和控制層。系統組成主要包括測溫終端、測溫主機、基站和監控中心。結構圖如圖2-1所示

本系統具有完善的性能，采用新穎的無線通信模式和可靠的電源管理，可靠性得到提升，能適應野外環境，應用前景廣泛。

3?系統硬件設計

3.1?測溫終端硬件設計

一種溫度信息采集設備，其內部結構為：（1）電源模塊;（2）主控制器;（3）時鐘控制模塊;（4）接觸式溫度傳感器;（5）近距離無線通信模塊。組成框圖如圖3-1所示。

由于測溫終端工作在高壓環境，會受一定程度的影響，導致測量設備工作質量不佳。因此在設計該設備結構時，系統內部采取了光電隔離、電氣絕緣和電磁屏蔽等措施，從而可以提升系統的魯棒性。主控制器選用PIC16F876A芯片，其最大特點在于可實現在線調試和在線編程，采用目前應用較為成熟的數字式溫度傳感器DS18B20[15]，控制時鐘模塊選用時鐘器件ISL12O26，來控制測溫時間間隔。

3.2?測溫主機硬件設計

測溫主機用來接收該鄰域的測溫終端測量信息。內部結構為：（1）時鐘和定時控制;（2）電源管理;（3）主控制器芯片;（4）光電隔離電路;（5）數據存儲單元等。如圖3-2所示。

4系統軟件設計

4.1?測溫終端主程序

系統測溫終端的程序流程為：首先系統進行初始化;其次對時鐘芯片初始化設置好系統的工作時間間隔;接著采集導線各點溫度信息并通過近距離無線模塊向鄰域主機發送數據集;接著設置定時器參數，在設定時間段內等待接收主機的回應信號并進行判斷處理;最終實現系統的低功耗控制。主流程圖如圖4所示。

4.2?測溫主機主程序及中斷程序

系統測溫主機的程序流程為：首先系統進行初始化;其次調制系統的時鐘芯片;緊其次對環境氣象條件進行采樣;最后呼叫所有基站和將采樣數據一并發送給監控中心，并接收監控中心的控制命令。主程序流程和中斷程序流程如圖5所示。

結語

通過研究輸電線路電流與導體溫度之間的關系，提出了通過實時監測一定天氣環境下的導體溫度來計算線路隱式電容以實現傳送容量擴展目的的想法。進而為電力系統輸電線路動態增容技術提供科學參考值。系統特點：（1）系統整體功耗降低，減少無用功率;（2）監測溫度系統硬件電路安全可靠，符合工程要求;（3）將短距離傳輸和遠距離傳輸相結合，實現多種復雜通信;（4）系統整體運行穩定可靠。該系統不僅可以應用在線路監控，也可應用于其他電氣設備溫度監測中，應用前景廣泛。

參考文獻：

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作者簡介：關卓林（1995—??），男，漢族，安徽淮南人，本科，助理工程師，研究方向：輸電線路運維檢修。