输电线路状态在线监测系统

1智能电网输电线路状态监测系统王孝敬（西安方舟智能监测技术有限公司）一系统简介随着电力建设的迅速发展，电网规模的不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路本体及周边环境以及气象参数进行远程监测成为一项迫切工作。输电线路在线监测系统是智能电网输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。BOOM-OLMS系列输电线路状态监测系统利用光纤传感技术、电子测量技术、无线通讯技术、太阳能新能源技术、软件技术对导线覆冰、导线温度、导线弧垂、导线微风振动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜、杆塔振动、杆塔基础滑移、绝缘子污秽、环境气象、图像（视频）、杆塔塔材被盗等进行监测。系统主要包含以下几种类型监测装置，各装置的功能可独立使用，也可自由组合。2输电线路导线温度监测输电线路图像、视频监测输电线路微气象监测输电线路杆塔倾斜监测输电线路杆塔振动监测输电线路防盗报警监测………..输电线路反外力破坏监测输电线路绝缘子污秽监测输电线路导线弧垂监测输电线路杆塔基础滑移监测输电线路覆冰预警监测输电线路状态监测系统3二系统技术介绍1、系统设计遵循技术标准（1）Q/GDW242-2010《输电线路状态监测装置通用技术规范》（2）Q/GDW243-2010《输电线路气象监测装置技术规范》（3）Q/GDW244-2010《输电线路导线温度监测装置技术规范》（4）Q/GDW245-2010《输电线路微风振动监测装置技术规范》（5）Q/GDW554-2010《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》（6）Q/GDW555-2010《输电线路导线舞动监测装置技术规范》（7）Q/GDW556-2010《输电线路导线弧垂监测装置技术规范》（8）Q/GDW557-2010《输电线路风偏监测装置技术规范》（9）Q/GDW558-2010《输电线路现场污秽度监测装置技术规范》（10）Q/GDW559-2010《输电线路杆塔倾斜监测装置技术规范》（11）Q/GDW560-2010《输电线路图像视频监测装置技术规范》（12）Q/GDW561-2010《输变电设备状态监测系统技术导则》（13）Q/GDW562-2010《输变电状态监测主站系统数据通信协议》（14）Q/GDW562-2010《输电线路状态监测代理技术规范》（15）GB191包装储运图示标志（16）GB2314电力金具通用技术条件（17）GB2887—2000电子计算机场地通用规范（18）GB4208—93外壳防护等级（IP代码）（19）GB6388运输包装图示标志功能模块导线绝缘子杆塔覆冰风偏倾斜气象图像舞动测温污秽防盗4（20）GB9361计算站场地安全要求（21）GB9969.1工业产品使用说明书总则（22）GB11463—89电子测量仪器可靠性试验（23）GB12632—1990单晶硅太阳电池总规范(24)GB50545－2010110kV～750kV架空输电线路设计规范(25)GB/T2317.2—2000电力金具电晕和无线电干扰试验(26)GB/T2423.1—2001电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温(27)GB/T2423.2—2001电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温(28)GB/T2423.4—1993电工电子产品基本环境试验规程试验Db：交变湿热试验方法(29)GB/T2423.10—1995电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）(30)GB/T3797－2005电气控制设备(31)GB/T3859.2－1993半导体变流器应用导则(32)GB/T3873－1983通信设备产品包装通用技术条件(33)GB/T6587.6—86电子测量仪器运输试验(34)GB/T6593电子测量仪器质量检验规则(35)GB/T7027－2002信息分类和编码的基本原则与方法(36)GB/T9535－1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型(37)GB/T14436工业产品保证文件总则(38)GB/T15464仪器仪表包装通用技术规范(39)GB/T16611—1996数传电台通用规范(40)GB/T16723－1996信息技术提供OSI无连接方式运输服务的协议(41)GB/T16927.1高电压试验技术第一部分：一般试验要求(42)GB/T17179.1－2008提供无连接方式网络服务的协议第1部分：协议规范(43)GB/T17626.2—1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验5(44)GB/T17626.3—1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验(45)GB/T17626.8—1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验(46)GB/T17626.9—1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验(47)GB/T19064－2003家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法(48)QX/T1—2000Ⅱ型自动气象站(49)YD/T799—1996通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法(50)DL/T548电力系统通信站防雷运行管理规程(51)DL/T741—2010架空送电线路运行规程(52)DL/T5154—2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定(53)DL/T5219—2005架空送电线路基础设计技术规定(54)QJ/T815.2－1994产品公路运输加速模拟试验方法2、监测装置电源实现（1）安装在铁塔上的监测装置统一采用太阳能对蓄电池浮充的方式进行供电，针对我国西南、华东等日照照射相对较弱地区可采用太阳能及风能对蓄电池进行充电的方式进行供电。监测装置安装于铁塔上，安装较为困难。因此减小设备体积及重量成为监测装置设计首要考虑的因素，我公司采用超低功耗技术，装置待机电流保持在20mA(12V)以内，因此在同等容量电源条件下，装置可连续运行时间比目前市面厂家长30%以上。一般情况下数据采集装置配置12V33AH电池即可连续运行30天以上，装置体积小、重量轻，有利于现场安装。监测装置选用硅能绿色环保电池作为储能系统，该电池相比铅酸及其他类型电池系统具备以下优点：储备容量高，达到国际要求的2倍。充电接受能力强，达到国际要求的3倍。大电流放电效率高，可高倍率放电，30C放电8S内电池不损伤。自放电小，年自放电率小于2%。充放电无记忆（次数）。6能耐高温及高寒，可以在-50～+70℃范围内使用。绿色环保，该产品采用复合硅盐电解质取代硫酸，无污染，电池极板亦可再生使用。循环使用寿命长，户外监测装置可使用5～10年。（2）安装在导线上的监测装置采用以下两种方式进行供电：A、特种高能电池：采用进口特种高能电池进行供电，体积小、重量轻、耐高低温，使用寿命达8年以上。B、感应取能对蓄电池充电：采用高能感应线圈取电及对蓄电池进行浮充的方式进行供电，取电效率高、通讯模块可实时在线。73、监测装置通讯技术（1）数据采集单元（导线温度、导线舞动、导线张力、导线弧垂等）与塔上监测装置之间采用RF、Zigbee、WIFI等方式进行通讯，通讯距离1～3KM。（2）塔上监测装置与CMA（状态监测代理）之间采用RJ45、RF、Zigbee、WIFI等方式进行通讯。（3）CMA或集成有CMA功能的监测装置与CAG（状态信息接入网关机）之间采用OPGW、WIFI、GPRS/CDMA/3G、卫星等方式进行通讯。具备光纤接入条件杆塔上的监测装置，采用光端机将杆塔上的的数据传输至中心CAG，实现数据落地；不具备光纤接入条件杆塔上的监测装置通过无线（WIFI）网络将各监测装置数据汇总至有光纤接入杆塔上的监测装置，利用光交换机将无线监测装置数据传输至中心CAG；84、监测装置工作条件a）工作温度：－45℃～+70℃；b)环境温度：－40℃～+50℃；c）相对湿度：5％RH～100％RH；d）海拔高度：≤4000m；e)大气压力：500hPa～1100hPa；f)风速：≤75米/秒；g）防护等级：IP66；h)振动峰值加速度：10m/s2i）电池电压：DC12V；9三系统主要功能模块介绍（一）输电线路微气象监测系统随着电网的发展延伸,通过复杂地形及恶劣气候条件地区的输电线路日益增多。近年来我国电网主干线500（330、220、110）kV线路因气象原因发生倒塔、断线事故大量增加。产生上述事故原因之一是设计时对微地形、微气象的认识不足，对沿线风口、峡谷、分水岭等高山局部特殊地段的气象资料掌握不够。在一条几十千米至几百千米长的送电线路中，山岭纵横、海拔高程悬殊，气象变化显著，小气候特点十分突出，邻近气象台站的观测记录，不能满足微地形地段线路的设计、维护需求。因此，使用合理的气候指标值和充分利用气候资源，不但可以预防灾害，还可以得到很大收益，如在设计线路时根据气象资料设计抗风、抗冰强度，可避免过度设计，节省人力、物力。监测参数：温度、湿度、风速、风向、雨量和大气压、日照；参数技术指标：温度监测范围：-50～120℃；精度：±0.2℃；分辨率：0.1℃湿度监测范围：1%～100%，精度：±4%RH；分辨率：1%RH风速测量范围：0m/s～60m/s；精度：±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；分辨率：0.1m/s；起动风速：＜0.2m/s；抗风强度：75m/s。风向测量范围：0°～360°；测量精度：±2°；分辨率：0.1°；启动风速：＜0.2m/s；抗风强度：75m/s。雨量测量范围：0～4mm/min；分辨力：0.2mm；10准确度：±0.4mm（≤10mm时）；±4％（＞10mm时）。11（二）输电线路覆冰预警监测系统自从1932年在美国首次出现有记录的输电线路覆冰事故以来,世界范围内的覆冰事故就时有发生，轻则导致绝缘子串冰闪跳闸、相间闪络跳闸和导线大幅舞动等可恢复供电周期较短的重大事故；重则导致杆塔倾斜甚至倒塌、线路金具严重损坏和导线脆断接地等可恢复供电周期较长的特大事故。输电线路覆冰事故破坏力大、波及面广和损失惨重。输电线路覆冰在线监测系统通过全天候地采集运行状态下输电线路的绝缘子串拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、风速、风向、温度、湿度等特征参数，将数据信息实时传输到分析处理中心，通过智能分析算法计算导线覆冰厚度；相关部门根据线路荷载、覆冰厚度及周边气象环境决定是否需要实施预防措施。系统可结合视频监测系统拍回的现场图片，直观地了解线路的覆冰状况。监测参数：绝缘子串拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、环境温度、湿度、风速、风向、图像等；12参数技术指标：拉力传感器量程：7t、10t、16t、21t、32t、42t、55t（根据实际需要定制）；拉力传感器测量范围：2％～100％FS（线性工作区间）；拉力传感器准确度级别（FS）：0.2及以上；拉力传感器技术指标：分度数n≥500；回零误差'rZ（％FS）：≤±0.1；示值误差'（％FS）：≤±0.2；重复性'R（％FS）：≤±0.2；滞后'H（％FS）：≤±0.3；长期稳定性'bS（％FS）：≤±0.2；倾角测量角度范围：双轴≥±70°；倾角测量精度：≤±0.1°；倾角测量分辨率：±0.01°；温度监测范围：-50～120℃；精度：±0.3℃；分辨率：0.1℃；湿度监测范围：1%～100%，精度：±4%RH；分辨率：1%RH；风速测量范围：0m/s～60m/s；精度：±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；分辨率：0.1m/s；起动风速：＜0.2m/s；抗风强度：75m/s；风向测量范围：0°～360°；测量精度：±2°；分辨率：0.1°；启动风速：＜0.2m/s；抗风强度：75m/s。13覆冰分析软件（三）输电线路图像/视频监控系统随着电力建设的迅速发展，电网规模的不断扩大，在地形复杂条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多