高压输电线路远程在线状态监测系统

高压输电线路远程在线状态监测系统

陈刚

（国网河北省电力公司石家庄供电分公司河北石家庄050000）

摘要：系统采用温度、振动及加速度传感器实时监测输电线路运行状态，利用云台摄像机和高清照相机实时监测输电线路现场环境，并通过现场嵌入式计算机进行计算分析，将分析结果利用3G通信模块回传远程集控中心。系统能实时监测输电线路上线缆接头温度、线路风舞，杆塔振动及异物侵入等信息，能及时给出线路故障、外物侵入等信息，保证输电线路的安全运行。

关键词：空间光通信；高压输电线路；远程在线监测

高压输电线路的状态直接决定着电力系统的稳定运行。本文研制一种在线监测系统，探测输电线路的温度、湿度、风动、泄漏电流、覆冰状况以及视频图像等数字化信息，通过GPRS/CDMA通道上传到高压输电线路状态后台在线监测监视中心，使得监控人员能够及时掌握线路及其周边情况。

1系统总体结构简介

针对输电线路运行现状，本系统提出了一种安装于高压线路杆塔上的远程在线视频监测系统，高压线的实时状态通过现地视频监测系统采集，通过3G无线通信网络将实时数据发送至集控室，使得高压线路处于严密监控之中。本系统能够实现高压线路入侵检测，通过智能图像处理实现以杆塔为中心半径为5m的入侵检测范围，若有大型移动物体（如：人、畜、车辆等）靠近杆塔则使用多次连续闪光拍照存储图像，并主动向主机发送报警信息与图像；同时通过3G无线通信网络接受远程主机指令进行连续摄像并通过无线传输模块向主机传送视频，完成对线路区段的树木、堆垛、烟尘的视频监控，此外接受主机指令两个带云台的摄像机可实现线路方向的转动，同时具有振动检测防盗防损功能。与此同时系统还通过在线路上安装的温度、加速度传感器，实时监测电缆接头温度及线路舞动状况等。MCU模块。本系统现场监控核心为嵌入式系统，完成电源管理、传感器数据获取、入侵智能检测、视频巡线和无线通信协议等功能。现场使用4G的存储器实现现场数据存储。传感器及视频监测模块。本系统由温度传感器、振动传感器、云台摄像机、高清数码照相机、加速度传感器组成。其主要完成现场输电线路中电缆接头温度检测，杆塔振动检测，线路风舞检测，杆塔及线路视频监控等功能。无线通信模块。本系统采用两种无线通信方式，分别为Zigbee和3G无线通信，Zigbee模块主要用于温度传感器、加速度传感器和振动传感器与现地监控MCU之间的数据通信，3G无线通信主要用于实现远程数据及视频通信，通信数据包含视频、图像、各类环境参数和报警信息等。电源模块。本系统采用两种供电模块，分别为太阳能加蓄电池电源和卡环电源，太阳能加蓄电池电源主要用于现地MCU、照相机和摄像机供电，卡环电源主要用于各种传感器供电。

2监测装置各部分的功能与特点

2.1监测装置的电源

发射机系统位于高压电线杆上,利用一个带铁芯的感应线圈直接从高压电网获得电能为其供电。电源模块由两部分组成,感应线圈和电源变换电路。考虑到与常用电流互感器的不同,线圈二次侧有阻抗,必须合理选择工作点,防止温升过高破坏绝缘。另外,考虑到输电线出现大电流(短路电流)时保证系统正常工作,电路设计稳态阻抗分流支路,以保证不影响开关电源的输入电压。

2.2监测装置的通信

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等方式进行通信，通信距离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等方式进行通信。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、卫星等方式进行通信。

2.3监测装置的功能单元

2.3.1输电线路覆冰监测装置

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。

2.3.2输电线路图像/视频监控系统

输电线路图像、视频监控系统主要利用了先进的数字视频压缩技术、远距离GPRS/CDMA/3G无线通信技术、新能源及低功耗应用技术、软件技术、将电力杆塔、导线现场的图像经过压缩、分组后通过GPRS/CDMA等无线网络传输到监控中心，从而实现对输电线路周边环境及环境参数的全天候监测。

2.3.3输电线路导线温度监测及动态增容系统

导线温度在线监测系统通过实时监测输电线路导线温度、导线电流、日照、风速、风向、环境温度等参数。系统主要由测温单元、塔上监测装置、通信基站和分析查询系统四部分组成。其中体积小、重量轻的测温单元安装在输电线路导线或金具上，实时采集导线及金具温度，并通过Zigbee或RF射频模块将数据无线上传至铁塔上的监测装置。

2.3.4输电线路导线对地距离（弧垂）监测系统

输电线路导线弧垂监测装置安装在导线的弧垂最低处或需要监测的部位，采用高能电池或导线感应取能技术，实时测量导线对地距离的变化情况，可及时发现导线弧垂的变化，避免接地事故的发生，并可结合导线的温度和气象数据对导线预期弧垂进行计算，建立预警机制，确保线路运行和被跨越设备的安全。

2.3.5输电线路防盗报警系统

“基于光纤检测及图像监测技术的输电线路防盗报警监测系统”，运用光纤探测技术、图像监测技术、现代通信技术、新能源技术、新软件技术，使报警可靠性达98%以上，很好地解决了输电线路防盗预警的难题，为国内首创。当有人靠近铁塔或攀爬时，光纤报警器发出预警信号，并把预警信号传输给安装在铁塔上的图像监测装置，监测装置收到报警信号后打开摄像机，启动图像监测功能，进行图像连拍，将图像传输至监控中心，并启动现场语音告警。

结束语

无线传感器技术、电子信息技术等的快速发展,推动我国电力系统向高新科技的方向不断发展高压输电线路在线监测系统可以实时监测输电线路的运行状态对于保障输电线路的良好运行有着重要的作用。通过对高压输电线路在线监测系统的整体改进保障电网输电线路的稳定运行,为我国电力系统发挥更大的作用。

参考文献

[1]王洪，柳亦兵，董玉明，等．架空线路导线疲劳试验振动幅值的研究[J]．中国电机工程学报,2008，28(4)：112-128.

[2]陈海波,王成,李俊峰,等.特高压输电线路在线监测技术的应用[J],电网技术.2009，33(10):55-58.

[3]黄新波，孙钦东，张冠军，等.在线监测和GIS用于输电线路管理系统[J]．电网技术,2007，33(6)：118-122．