输电线路状态监测远程可视监控系统设计

输电线路状态监测远程可视监控系统设计

刘凯

山西晋通诚信电力设计咨询有限公司   山西 晋中    030600

摘要：近些年，随着高压输电线路的铺设范围在全国范围内迅速增长，检修线路的工作量也越来越大，以往的巡视方式如今已不符合现有的安全需求。输电线路状态监测远程可视监控系统通过使用高性能摄像机，数字图像压缩技术、GPRS/CDMA无线通信技术，将采集的现场图像信息传输到监控中心，实现对高压线路现场和环境参数的全天候监测。

关键词：可视监控；数字图像压缩；无线通信；太阳能供电

引言

目前,电力已经成为重要的能源资源之一,与人们的日常生活关系密切。因此,人们不断升级电力系统的功能,使电力系统朝自动化和智能化方向发展。但与之相对的是高压输电线路与地面的距离不断增加。由于裸露在外,高压输电易受外界环境因素的影响,导致其线路出现断裂、破损等问题,影响电力输送。尤其是随着电力系统等级的提高,高压输电线路造成的损失也越来越多。因此,如何避免和减少高压输电线路损失已成为众多学者所关注的问题。

1高压电缆局放监测

电缆长期运行可能出现局部绝缘缺陷，引发局部放电。基于光纤传感的电缆局放监测主要可分为点式和分布式两种类型，通常传感参量为局放产生的声信号，测量频率为千赫兹至超声频段。对于光纤点式传感方案，研究者们主要采用光纤光栅传感器和干涉式光纤传感器对电缆局放监测方法进行研究。

在光纤光栅传感方面，澳大利亚T.Czaszejko等用聚氨酯树脂封装FBG传感器，对XLPE试品内部和沿面的局放超声信号进行了检测。受封装材料电致伸缩特性的影响，传感器本身谐振频率较低。分析了FBG传感器检测电缆XLPE绝缘中尖刺–气隙放电声信号衰减特性，采用聚苯硫醚(polyphenylenesulfide,PPS)塑料封装谐振型FBG传感器测得了XLPE中300pC的局部放电信号。

在干涉式传感方面，东北大学王琦团队提出了一种基于长尾光纤直线型Sagnac干涉仪的高压电缆局部放电检测与定位系统。以光纤为传感臂，采用压电换能器模拟高压电缆局部放电的超声波信号，测得了6kHz以上的声信号，但缺乏对检测频带和灵敏度的详细研究。德国联邦材料研究与测试学院P.Rohwetter等建立了基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统。其将普通单模光纤绕制于硅橡胶材质的圆柱形芯轴上作为超声传感器，用于检测试块内部局部放电情况。在小尺寸模型试验中，光纤传感器与高频电流传感器具有相当的检测灵敏度。针对高压电缆局放检测设计了一种基于Michelson干涉仪原理的光纤超声传感器，用于检测电缆终端接头的局部放电声信号。如图1所示，传感探头采用圆柱形弹性体作为增敏结构，超声灵敏度为1.7rad/(m·Pa)，高频响应达到150kHz。上述点式传感方法均适用于电缆接头等故障率较高的特殊位置，实现了对局放声信号的有效检测，但是其传感距离和多点复用能力存在明显缺陷。随着电缆长度的增加和海底电缆的发展，电缆局放的分布式监测逐渐凸显，需要分布式光纤传感系统在达到数千米乃至数十千米传感距离的同时实现超声量级的传感频带。这一技术要求对于分布式光纤传感是一大挑战。

图1典型光学干涉超声敏感结构

2架空输电线路舞动动态监测

导线舞动不仅可能引起短路跳闸，还会导致杆塔螺栓松动、强度降低，金具、绝缘子损坏，导线断股、断线，甚至倒塔等严重事故。相比前述覆冰等静态参数，舞动频率高，要求监测系统具有较好的高频响应性能，传感系统检测频带应不低于3Hz。华北电力大学马国明等人基于FBG拉力传感器实现了导线的舞动监测，通过与传统拉力传感器的对比验证了所研传感器导线舞动动态频率响应。河南电力科学研究院谢凯等在输电线路杆塔上安装FBG应变传感器组，通过杆塔的应变变化实现了架空输电线路舞动的监测。此类方法的优点是可以直接获得导线的舞动情况，但只能进行准分布式测量，难以获得大范围导线的舞动情况。为了实现远距离分布式舞动动态监测，研究人员开展了相关研究。电子科技大学饶云江课题组基于偏振敏感时域反射技术开展了导线的舞动监测研究，并开发了后处理算法基于测量结果估算导线舞动情况，本方法存在的主要问题是光纤中偏振态的影响因素较多，在远距离传输中容易受到干扰及光强衰减的影响，可靠性需要进一步提高。为了降低噪声干扰，武汉理工大学周次明教授课题组拉制了啁啾光纤光栅阵列，利用光栅反射信号代替传统瑞利散射信号，进一步提升了分布式舞动传感的灵敏度。他们在实验室开展了70m导线10Hz振动的模拟试验(如图1所示)，验证了所提出系统的可靠性，但受限于啁啾光纤光栅阵列对入射光的反射，传感距离较短，难以满足监测需求。为了实现导线舞动的直接测量，南京大学张益昕教授团队在实验室开展了基于相位敏感时域反射技术(φ-OTDR)的导线舞动监测研究。研究人员将光纤固定在模拟导线上，使用φ-OTDR系统对导线的覆冰和舞动进行了测量，测量结果表明该方法误差<10%。该研究虽然可以实现导线舞动的直接测量，但是需要将光纤安装固定在导线表面，现场实施难度大，长期运行可靠性尚未可知。分布式温度与结构参数监测研究进展总结如表1所示。

图1OPGW舞动监测试验平台与光纤舞动监测结果

表1分布式温度与结构参数监测研究进展

3变压器检修中的实际应用

在变压器状态监测中主要通过电子工程技术中的数据挖掘方法。通过监测系统对设备的各类运行参数进行收集，与实时数据库进行对比来了解变压器的运行状态。例如，分析每个电力设备的状态特征量，需要对主要参数信息、性能状态的变化趋势、实际损耗等进行详细的分析，然后进行数据渐变模型的建立，对设备潜在的故障征兆能够提前发现，能够准确的判断设备可能出现的严重损耗部分及趋势状况，根据结果来完成检修方案的制定。国内相关电力科研机构通过粗糙集数据挖掘方法的应用，分析变压器油中的溶解气体的相关数据，实现对变压器运行状态的诊断。在实际工作中，变压器结构十分的复杂，粗糙集理论也提出了一些故障诊断模型。首先要模糊化处理变压器相关的历史故障数据，根据这些数据来完成诊断决策表和数据库的建立。其次，通过粗糙集数据挖掘在诊断决策表中进行隐含的数据条件的提取，从而更好的对变压器故障进行分析。

结语

输电线路在线远程可视监控系统实现了对输电线路周围气象环境的全天候监测，通过分析设备所采集的各种信息，工作人员便可以推断出是否需要派人去现场巡视。该系统不仅可以减少工作人员的巡视次数，并且由于可以实时检测线路运行情况，还提高了输电线路运行的安全性。

参考文献

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