智慧輸電線路發展趨勢及建設措施

黃 焰，王亮星

（智方設計股份有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430000）

1 智慧輸電線路發展的必然性

1.1 建設智慧輸電線路是保障電網安全可靠運行的必然要求

隨著電力系統特高壓網絡的快速建成投運，“弱交強直”的系統網絡結構給電網安全運行帶來巨大壓力，且輸電線路線長面廣，通道環境日益復雜，遭受雷電、山火、風災、覆冰、舞動、地質災害等自然環境影響和外部環境破壞影響，電網停電風險始終存在；同時城市電纜化率在不斷提升，不同電壓等級的電力電纜線路在同一通道敷設的情況逐步增多，火災、外破等導致通道斷面喪失事件尤為突出。通過構建智慧輸電線路，對輸電線路運行狀態實現在線監控，是提升輸電線路抗災能力、降低大面積停電風險、確保電網安全穩定運行的必然要求[1]。

1.2 建設智慧輸電線路是實現電網運檢提質增效的必然趨勢

近年來，輸電線路設備規模日趨增加，年均增長率超過5%（電纜年均超過10%），輸電運維檢修類專業技術人才儲備嚴重不足，結構性缺員問題日益突出，運行效率和檢修質量提升緩慢。在輸電線路外部運行環境日趨復雜嚴峻，全社會對供電可靠性和體驗要求越來越高，內部專業管理更趨精益求精的背景下，加快構建智慧輸電運檢體系，實現輸電專業管理的轉型提升，是應對電網迅猛發展，實現運檢提質增效的必然趨勢[2]。

1.3 建設智慧輸電線路是助推世界一流能源互聯網企業建設的有效手段

近年來，電網智能運檢管控體系建設速度加快，不同單位運行的應用系統參差不齊，后臺處理數據龐大，缺乏統一規范管理，信息數據的歸類和價值難以體現。建設智慧輸電線路，核心就是要統一規劃建設輸電全景智慧平臺，增強各類輸電專業數據的集約化和規范化管理，打通系統壁壘、強化不同系統信息融合互通，實現全息互聯，并進一步挖掘數據的價值，提升運行信息實時感知、電網自主預警及智慧決策能力，實現與政府相關部門、上下游企業間資源有效共享，構建輸電共享生態圈，有力助推公司世界一流能源互聯網企業建設[3]。

2 建設智慧輸電線路的措施

隨著全球能源互聯網的發展，將輸電線路的安全穩定運行提到了更高的高度，要求實時把握輸電線路設備的狀態信息，實現電網高可靠、高安全、高效率的透明可視運行。項目線路、設備在南方高溫高濕惡劣的自然環境下運行，異常天氣情況較多，線路巡檢和狀態監測工作日益繁重，出現冰災、臺風等異常狀況的風險逐步增大，目前靠人工為主的常規監測手段已無法滿足泛在電力物聯網背景下電網的防災減災要求，亟需一種實時性高、監測范圍廣、周期短、效率高且成本低的綜合監測預警手段，高效可靠獲取電網設備和運行狀態數據，實現智能化、信息化運檢工作向“自主、智能驅動”的轉變。

2.1 加裝分布式故障監測裝置

結合調度錄波動作信息，“可視化”裝置監測數據和現場無人機巡視信息，建立基于多信息源的輸電線路故障原因綜合診斷模型，實現故障原因的精確分析，大幅縮短故障原因診斷時間，通過人工智能平臺迅速判斷故障影響范圍并提供后續處理方案和決策建議[4]。

分布式故障定位裝置分布安裝于輸電線路的導線上，實時監測線路故障發生時刻的行波電流、工頻故障電流和諧波電流，采集信號并上傳至數據中心；數據中心對相關故障信息進行診斷分析，將上傳信息和診斷結果存庫保存并傳輸至運檢管控中心，系統構架如圖1所示。

圖1 分布式故障定位裝置系統構架

2.2 加裝舞動監測裝置

依托基于加速度傳感的導線舞動監測終端和基于北斗差分高精度定位的智能間隔棒，建立二級及以上舞動區域監測體系，對導線運行狀態及其周圍的微氣象信息進行監測，實時獲取導線的舞動、振動等參數。

通過將舞動監測裝置可靠連接在導線上，實現與導線的相對固定。通過內置的MEMS加速度計并根據舞動特征合理設置邊界條件，實現振動狀態高精度監測算法。通過短時積分算法和快速傅里葉變換，提高舞動幅頻特性計算精度、可靠性及準確度。配合舞動預測預警系統，實現線路中塔——線體系的立體化、精準化監測，構建完善的輸電線路監測體系。

2.3 加裝山火紅外在線監測設備

建構集山火監測和山火預測于一體的山火災害數據統一服務平臺，推廣輸電線路山火監測預警接入管控平臺信息模塊，完善電網山火監測預警信息發布與反饋機制，提升山火災害綜合智能監測預警業務體系。

設備采用光電復合重疊測溫技術，由于煙霧顆粒子的作用，使發光元器件發射的光產生漫反射，這種散射光被受光元器件接受，使受光元器件阻抗發生變化，產生光電流，將煙霧信號轉變成電信號。運用特殊的光學振動腔使檢測距離更遠。光敏元器件接收煙霧粒對紅外脈沖光的散射信號，并利用半導體感溫元器件檢測溫度變化，經火險探測算法處理后輸出相應的報警信號。這種探測器不僅保留了普通光電煙霧探測陰燃火的探測靈敏度，而且克服了普通光電煙霧探測器不能響應帶溫升的黑煙火的致命缺點，同時探測器還具有利用火險控測算法處理傳感信號，產生多級報警和傳感器與控制器通信等智能化功能。

2.4 加裝綜合覆冰監測裝置

通過在線監測垂直擋距內絕緣子的綜合荷載(包括導線重量、絕緣子串重量、金具重量、冰荷載和風荷載)、絕緣子傾斜角度，為覆冰在線監測系統的覆冰厚度的數學模型提供測量參數。主站監控系統通過風荷載數學模型、導線等值覆冰厚度的數學模型等就可計算出導線等值覆冰厚度及其變化情況；運用趨勢分析算法導線覆冰生長預測模型為用戶提供預警和報警。

2.5 加裝地質災害北斗監測設備

基于北斗差分高精度定位，在鐵塔上安裝地質災害北斗監測設備，數據接入地質災害北斗監測系統。

地質災害自動監測預警系統主要由監測相關參數的集成化監測站設備、現代通信傳輸系統、基于物聯網技術與監控中心數據網配合、大數據匯集平臺與云計算的監測、多種多樣的用戶終端信息設備及應用軟件等主要部分組成。

2.6 加裝圖像監拍裝置

通過多種傳輸方式，實時傳輸視頻信號給后臺，使線路運檢人員不需親臨現場即可全方位巡視線路運行環境狀況，對絕緣子串、導線(金具、弧垂)、地線(金具、地線支架)、鐵塔(本體及相鄰桿塔)、基礎等進行全方位無盲點監視。可以讓運行維護人員及時地發現導線覆冰、風偏、舞動、是否懸掛異物、違章攀爬、危險施工、鳥害以及塔材被盜等因素引起的事故隱患，有效提高了輸電線路的監測巡視及故障清理的效率。

通道可視化監控裝置，主要針對輸電線路的防外破塔基、惡劣的冰、風災氣候、施工現場超高車輛和器具作業、車輛穿越架空線路監控而設計的系統。輸電線路通道可視化圖像監測系統利用運營商的4G網絡傳輸技術，實現將監控站點定時拍攝高清圖像、報警圖片上傳到監控平臺，主站側可根據需要，對前方站點進行圖像抓拍，通過回傳的圖片隨時了解監控現場情況；也可以讓輸電線路通道可視化監控系統定時在每天的某個時間段向監控中心發送圖片，實現對前端輸電線路防外破圖像監測。

2.7 加裝異常狀態智能監測裝置

異常狀態智能監測裝置是一種集缺陷監測、辨識、預警為一體的缺陷監測系統，可對線路的缺陷放電進行自動辨識及預警，將可能會發生的故障防患于未然，對降低運行維護強度、提高輸電線路穩定安全運行水平具有重要意義。

輸電線路運行過程中，除容易遭受雷擊、風偏、冰災、舞動和漂浮物等突發故障外，也存在大量“可預防”的潛在風險，如絕緣子防污性能失效、金具磨損斷裂、植被、覆冰等，這些運行異常放電如不能及時處理，將給電網的穩定運行造成嚴重的安全風險。

（1）絕緣子污穢異常放電預警：對于跨越污染區的輸電線路，能夠實時監測并定位線路上的污穢絕緣子，記錄絕緣子的污穢等級，提示運維人員進行處理，防止絕緣子污穢閃絡導致的線路跳閘。

（2）絕緣子劣化異常放電預警：對于大量安裝有復合絕緣子，存在絕緣子老化現象的輸電線路，能夠監測并定位存在劣化放電的絕緣子，防止復合絕緣子斷裂故障。

（3）樹障放電異常放電預警：對于跨越植被茂密生長區的輸電線路，能夠實時監測線路走廊是否存在超高植被，并定位植被異常放電點，預防觸樹事故的發生。

（4）金具浮放電異常放電預警：對于設備老化嚴重的輸電線路，能夠實時監測并定位線路上的異常放電金具，提示運維人員進行排查，預防金具斷裂、脫落事故的發生。

（5）線路覆冰異常放電預警：對于冬季容易發生覆冰的輸電線路，能夠監測全線絕緣子的覆冰放電情況，便于運維人員及時開展融冰，預防冰閃跳閘的發生。

2.8 線路通道三維建模

線路通道三維建模是對高壓輸電線路開展三維激光掃描巡檢，從架空導線、架空地線、鐵塔、絕緣子、金具、附屬安裝設施和線路通道環境的空間信息實施三維激光掃描，處理成線路通道內的高精度三維激光點云、可見光視頻影像和紅外影像[5]。

通過將線路走廊的激光點云數據和DEM融合，可以真實再現輸電線路三維運行場景，用于輸電線路可視化管理。構建的點云三維數據模型以及地表DEM部署在三維可視化系統中，不僅具備線路設備查詢定位、危險點管理查詢統計、點云空間量測等基本功能，還可以實現對線路走廊和所有缺陷、交跨信息的定位、查詢和量測功能，為后續跟其他臺賬管理信息進行對接做好準備。

在線路通道三維建模基礎上，可實現全視角協同自主巡檢。利用無人機、直升機搭載高清光學相機對架空輸電線路通道和設備（特別是桿塔橫擔及以上部分）進行精細拍照掃描巡檢，搭載高精度紅外成像儀對導線、金具、絕緣子等設備進行溫度測量記錄，搭載激光雷達對線路通道進行三維立體掃描建模、樹障及交跨測距[6]。利用人工智能AI技術、邊緣計算等技術在前端邊緣對電力設備和通道進行提前識別，根據識別結果對線路進行精細巡檢；對精細采集的影像等非結構化數據在本地儲存和智能識別，實現輸電設備及線路通道缺陷和隱患檢測。利用搭載的檢測類傳感器采集各類設備溫度、交跨距離等狀態量，通過邊緣計算實現線路狀態的全方位實時數據和分析預測。當狀態數據量異常時，匯聚節點或接入節點主動調用平臺相關關聯數據，實現相關數據橫向和縱向分析；調用同類設備信息，進行橫向比較；連同關聯數據進行二次加工，實現輸電通道的三維建模、樹障和交跨檢測等應用，實現線路狀態的自主快速感知和預警。

2.9 無人機自動集群巡檢系統

無人機自動集群巡檢系統主要由移動飛巡專用作業車及配套車載智能組件、高精度自主飛巡無人機、智慧巡檢機群作業控制中心、智慧巡檢機群云控制平臺和輸電線路智能運檢管控平臺等系列產品構成，實現在精準時空下任意管轄線路段的自主化長距離飛巡、數據智能分析處理和電網資源及設備全生命周期管理，覆蓋了架空輸電線路智能運檢全過程，實現電網設備精益化管控水平質的飛躍。

2.10 輸電全景智慧平臺

輸電全景智慧平臺通過接入線路設備狀態、通道環境以及巡檢信息等海量多源異構數據，基于輸電全景感知數據進行線路運行綜合風險預警以及故障診斷的深入應用，實現對線路走廊全線的運維及災害監測預警情況的全面整體掌握，提升線路智能運檢水平，確保線路安全穩定運行[7]。輸電全景智慧平臺系統構架如圖2所示。

圖2 輸電全景智慧平臺系統構架

3 結 論

智慧輸電線路是以堅強輸電本體設備為基礎，應用綜合監測傳感分析、信息通信、人工智能、大數據融合等技術，實現大數據共享管理全局化，運行狀態實時透明化、診斷檢修決策智慧化和設備修復高效化，具有本體堅強、實時監控、全位互聯、自主預警、智能處理特征的輸電線路。通過加裝智能監測裝置，對輸電設備狀態進行集中監測，實時掌控輸電設備的運行工況，實現輸電設備的安全預警，保證設備正常發揮監測、監控的功能，提高線路運行的水平，保證電網供電的可靠性，具有多方面綜合的經濟效益。