特高壓輸電線路在線監測技術的應用

曹 凱

（河南送變電建設有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

我國電力系統中，特高壓（Ultra High Valtage，UHV）輸電線路具有重要作用。基于特高壓輸電線路本身所具有的特性，在監測與維護層面具有較大的技術難點，僅依靠人力對輸電線路的運作情況進行監測，不僅耗費較多的時間和精力，而且效率較低。為了應對這一情況，在線監測技術應運而生。在線監測技術的出現彌補了人工輸電線路運維的一大空白，使得對輸電線路本身的監測更加全面和立體，極大地提高了特高壓輸電線路的監測效率。

1 特高壓輸電線路在線監測技術

1.1 技術應用要求

首先，在線監測技術的應用應獨立于特高壓輸電線路本身，即在監測設備存在故障時不會對輸電線路的運作產生影響。同時在在線監測技術的應用過程中，其所發出的信號不會對線路本身的穩定運行產生影響，否則在線監測技術將成為特高壓輸電線路的隱患，喪失其原本的意義。其次，在線監測技術本身應遵循便捷性和簡潔性，既要便于工作人員高空作業，又要有著簡單便捷的安裝步驟和系統構造，這樣能盡可能地保障安裝人員的安全，簡化安裝流程[1]。再次，設備本身需要具有較強的穩定性，能夠在大雨雷暴天氣或其他惡劣天氣正常工作，幫助運維人員保障系統本身的穩定運作，保障電力安全供應。最后，輸電線路應具有完善的數據傳輸與數據處理功能，即在發現輸電線路故障的第一時間就能發出預警。此外，數據本身的格式和內容也要能夠滿足線路運維的需要，從而便于后續的數據處理。

1.2 技術應用范圍

特高壓輸電線路同樣有著一定的適用范圍，根據使用場景的不同加入更多的監測內容。例如，對于常年氣候變化頻繁、風力影響較大的地區，則需要充分考慮導線風偏的影響，此時就需要獲得氣象部門的支持，通過感應或數據互通來獲取氣象資料，對可能出現的故障進行預防或排除[2]。在線監測技術的引入并非一成不變，而是要根據所在地區的實際需求對功能進行調整和優化，在保證節約成本的同時，最大化提高在線監測技術的準確性、可靠性，滿足特高壓輸電線路的運行與維護需求。為了滿足不同地區的不同需求，電力部門需要建立相應的數據處理平臺，對數據進行采集和集中處理[3]。通過建立統一的標準，避免由于地區差異而導致數據本身格式等存在不同，同時便于電力部門統籌管理，提高運維效率，進而實現不同系統之間的協同運作。

2 特高壓輸電線路在線監測的現實意義

2.1 監測絕緣子情況

絕緣子直接關系到輸電線路本身的運作情況，一旦絕緣子出現故障，勢必會降低輸電線路的穩定性，進而引發各類電力故障，而通過在線監測系統能夠對絕緣子的情況進行實時監控，包括絕緣子串的灰塵積覆情況或是由空氣濕度較大而引起的污穢等。在以往的監測過程中，一般需要在輸電線路整體停止工作后再進行污穢監測與排除，通過在線監測技術的引入與應用，能夠在輸電線路正常運作的情況下對絕緣子的污穢情況進行監測，不但有效彌補了輸電線路運維方面的空缺，還極大提高了運維效率，有助于工作人員及時排除污穢，使運維工作更加精準有效[4]。

2.2 監測周圍環境

對特高壓輸電線路周邊環境的監測是特高壓輸電線路運維的關鍵，傳統的環境監測一般需要多個部門協同工作，同時還需要有關主管部門對輸電線路附近的施工情況、人員來往情況進行監測，以防外部環境和人為因素對特高壓輸電線路的運行造成影響。而在引入在線監測設備后，能夠以較少的人力成本和較高的效率對線路周邊環境進行監測[5]。例如，通過視頻監測能夠有效覆蓋重點線路部位，及時排除存在威脅的因素，對于輸電線路安全隱患的排除有著重要意義。

2.3 監測突發雷擊

除了依靠氣象部門提供的數據之外，針對特高壓輸電線路附近的雷電情況進行監測同樣有著重要意義。雷電對輸電線路的正常運作有著重要影響，不但會直接破壞輸電線路本身，而且還可能會誘發各種次生災害，導致更大的經濟損失。在線監測技術能夠通過監測閃電回擊輻射的各種物理特性，結合氣象部門的數據獲悉雷擊情況，快速了解雷電威脅，有助于工作人員快速做好雷擊的防護工作，從而避免雷擊對特高壓輸電線路產生影響[6]。

3 特高壓輸電線路新型監測技術分析

特高壓輸電線路的在線監測技術不斷革新，目前已有眾多新型技術投入實踐。某型號特高壓輸電線路在線監測方案如圖1所示，其中采用了數據處理一體化技術對電流、風向以及溫度進行感應。

圖1 特高壓輸電線路在線監測方案

除了一體化處理技術之外，還有超聲波技術、紅外成像技術、電場辨識技術等。

3.1 超聲波技術

超聲波是1種波長較短的機械波，通過折射和反射來完成輸電線路運作情況的監測。通過設備中的發射器發射超聲波，并對超聲波的反射情況進行監測。如果時間軸中出現裂紋，那就表明絕緣子芯部存在裂縫，此時工作人員就可以根據超聲波傳回的數據對裂縫進行精準定位，從而快速排除故障。超聲波具有快速穩定的特性，但同樣存在一定的局限性，如在空氣傳播過程中容易發生損耗，加上換能器缺陷等因素，導致超聲波無法應用于距離較長的輸電線路[7]。目前在運用超聲波進行監測時往往結合使用激光定位等裝置，將超聲波的形式轉換成音波，再通過耳機接收音波，從而完成監測。這種監測方式同樣對環境要求較高，極易受到噪聲干擾而影響精度。

3.2 紅外成像技術

特高壓輸電線路的隱患往往會在線路表面有所表現，此時如果能對線路表面進行成像處理，就能快速定位隱患的存在，進一步確定隱患部位、具體影響等，從而幫助工作人員完成檢修工作[8]。對于特高壓輸電線路的監測而言，傳統視頻成像方案效率較低成本較大，同時容易受到環境限制，因此可以采用紅外成像的方法進行監測。紅外成像能夠有效地識別線路表面的異常，并通過信號解析后進行成像，從而幫助工作人員了解隱患的嚴重程度，快速排查潛在隱患。

3.3 電場辨識技術

根據特高壓輸電線路運作時的電場分布，同樣能夠有效監測輸電線路的運作情況。輸電線路正常運行過程中，線路整體的電場軸線較為平滑且呈曲線分布，一旦曲線出現異常，通過辨別不同位置的電場強度和電勢就能對線路的運行情況進行詳細了解，具有快速高效的特點。由于這種技術尚未成熟，同時前期投入需求較大，因此想要真正應用在實際工程中還需要較長時間的發展。

4 特高壓輸電線路在線監測技術的應用

4.1 輸電線微風振動監測

微風振動是常見的特高壓輸電線路故障誘因，在微風振動的作用下，輸電線路內部的交變應力會產生異常，進而影響線路本身的運作。微風振動的整體表現并不直觀，具有一定的隱蔽性，因此可以利用在線監測技術為工作人員提供風速風向等數據，再進一步利用數據處理功能對獲取的數據進行處理，從而避免微風振動對線路產生影響[9]。

4.2 桿塔傾斜監測分析

在山區或坡地等特殊地理環境下，特高壓輸電線路會面臨著更大的穩定性挑戰，桿塔極易在各種外部因素的影響下產生倒塌現象，從而導致電力系統出現故障。而在線監測技術的引入能夠快速發現潛在的隱患，對桿塔的傾角和附近的自然環境進行觀測并獲取數據，在發現桿塔傾斜時還可以幫助工作人員找出原因并快速排除，從而有效降低桿塔的故障率。

4.3 氣象和導線風偏監測

對氣象和導線風偏進行監測，能夠進一步幫助工作人員了解絕緣子和導線本身的情況，有助于安全隱患排查和故障排除。線路檢修過程中，通過對桿塔附近的風速和氣象情況進行觀測，分析結構的合理性，進而為后續線路整體的優化提供參考。

4.4 絕緣子污穢監測

灰塵積覆和環境潮濕都會使絕緣子產生污穢現象，影響絕緣子的絕緣效果。通過在線監測技術能夠實時了解絕緣子表面的污穢情況，借助傳感設備或成像技術對絕緣子的電流泄露情況或表面污穢情況進行觀測，從而避免絕緣子污穢的影響。

4.5 導線舞動監測

導線舞動一般是受到風力或各種外部環境的影響導致輸電導線發生晃動，一旦出現導線舞動，極易導致線路的連接部位發生脫落，嚴重時會導致設備損壞甚至倒塌，從而影響電力供應。為了避免故障，可以利用在線監測技術對輸電線路的應力情況和自然環境進行監測，并對可能誘發故障的因素進行分析和計算[10]。同時還可以用視頻成像技術對重點部位進行觀測，從而避免導線舞動對輸電線路造成影響。

4.6 覆冰在線監測

覆冰在線監測技術相對成熟，主要通過搜集數據在參考氣象條件的基礎上對可能存在的覆冰現象進行預測和模擬，及時做出預警，預警準確率可達90%以上，能夠有效避免由于覆冰導致的電力系統故障。

5 在線監測技術的應用成效分析

5.1 有助于優化監測系統

在線監測技術是對人工監測的1種補充，二者相互彌補，共同構成完整的輸電線路監測系統。在線監測技術的引入有效彌補了人工監測的局限性，達到了全天候、無死角的線路監測，大大降低了監測成本，同時提高了故障預見和排查能力。在線監測技術的出現使得以往人工難以監測的部位和故障變得更加便捷和準確，從而保障了監測的有效性。

5.2 有助于提升故障診斷效率

系統能夠幫助工作人員快速定位故障部位，了解故障原因，在在線監測技術的輔助下開展檢修工作，構建2道防線確保線路的穩定和正常運作，極大提高了檢修效率。此外，在線監測技術還能與數據庫互聯互通，通過大數據分析和評估為線路整體的優化與檢修提供參考。

5.3 有助于提升人員技能

隨著物聯網技術和信息技術的廣泛應用，工作人員需要了解更多的相關知識才能更好地操作在線監測系統，完成特高壓輸電線路的檢修與維護工作。在學習這些技術知識的同時，工作人員的監測能力和對電力系統運作的認知也會更加深刻，做到理論與實踐充分結合。

6 結 論

特高壓輸電線路在我國電力系統中占據重要地位，在線監測技術的出現為高效快捷地排除線路故障提供了有效方案。大量實踐案例表明，在線監測技術在特高壓輸電線路維護中起到了重要的作用。由于部分技術未能達到全面普及的水準，未來還需要漫長的技術改革和試驗來滿足不同環境的使用需求，做好各級電力系統的適應性調整，逐步實現全面推廣、全面覆蓋。