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高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

文檔作者：上官安琪文檔來源：武漢大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年07月12日
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智能配電裝備與技術(shù)、電能管理技術(shù)專輯
高壓 輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)
上官安琪
(武漢大學(xué)，武漢430072)
摘要 隨著全球大氣環(huán)境的變化，極端的風(fēng)雪天氣在我國出現(xiàn)愈加頻繁，架空輸電線路絕緣
子污閃、風(fēng)偏閃絡(luò)、導(dǎo)線舞動(dòng)、覆冰等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，往往會(huì)弓I起嚴(yán)重事故，嚴(yán)重地威脅我國架
空輸電線路的安全運(yùn)行。在線監(jiān)測技術(shù)作為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是目前國家智能電網(wǎng)建設(shè)
的重要研究方向。
本論文首先介紹了我國的在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用狀況，然后對在線監(jiān)測產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)實(shí)
現(xiàn)及指標(biāo)做了介紹。在總結(jié)上述現(xiàn)狀及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了對輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展
方向的看法并提出了相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測系統(tǒng)；輸電線路；技術(shù)實(shí)現(xiàn)
Online M onitoring System of High Voltage Transmission Lines
Shangguan Anqi
(Wuhan University，Wuhan 43 0072)
Abstract W ith the change of global atmospheric environment，extreme weather becomes m ore
frequent in our country．The overhcad transmission line insulator pollution flashover．wind partial
flashover conductor galloping，ice，and other phenomena occur from time to time to cause serious
accidents which threatens the safe operation of overhead transmission Iines．Online monitoring
technology iS one of the key technologies of the smart grid．
The paper first describes the developm ent and application conditions of China’S online m onitoring
system，and then introduces the technology of online m onitoring products．Finally，it gives some
suggestions on the development of the transm ission line monitoring system ．
Key words： high voltage transmission lines： online m onitoring system ： technical realization
近幾年，我國特高壓輸電技術(shù)發(fā)展較快，但與
之適應(yīng)的輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)起步較晚，監(jiān)測裝
置和監(jiān)測系統(tǒng)尚不成熟，輸電線路抵御冰雪、大風(fēng)
等自然災(zāi)害的能力較弱，這就要求我國必須發(fā)展智
能輸電技術(shù)。輸電環(huán)節(jié)智能化有助于充分利用現(xiàn)有
電網(wǎng)資源，大幅度提高輸電線路輸送能力，降低輸
電成本；優(yōu)化輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行條件，充分發(fā)揮現(xiàn)有輸
電線路的效率；提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，促進(jìn)智能
電網(wǎng)的發(fā)展和互聯(lián)；實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)估、故障診斷、狀
態(tài)檢修和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對線路運(yùn)行狀態(tài)的可控、
能控和在控。
1 國內(nèi)在線監(jiān)測設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀
最近幾年，隨著電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修工作的開展
和智能電網(wǎng)的建設(shè)，輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)得到迅
速發(fā)展。2008年初的罕見冰雪災(zāi)害發(fā)生后，國家電
102l電氣技7lt 2012年第8期
網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司均加大了對輸電線路覆冰、
舞動(dòng)的研究投入，2010年國家智能電網(wǎng)規(guī)劃總報(bào)告
中提出加大對輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置及其系統(tǒng)的研
制開發(fā)，全面建成覆蓋全網(wǎng)范圍的總部和各網(wǎng)省公
司輸電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
從1998年開始，國內(nèi)高等院校及廠家陸續(xù)開展
了對輸電線路在線監(jiān)測方面的產(chǎn)品的研發(fā)，2000年各
電力公司陸續(xù)安裝絕緣子泄漏電流在線系統(tǒng)， 由于缺
乏應(yīng)有的判據(jù)一直處于停滯不前狀態(tài)；2002-2004年
國內(nèi)相繼研發(fā)成功了輸電線路圖像監(jiān)測系統(tǒng)及輸電線
路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)， 目前國內(nèi)應(yīng)用量較大，據(jù)估計(jì)，覆
冰監(jiān)測裝置在國內(nèi)總體應(yīng)用量在1500余套左右，圖像
監(jiān)測裝置在3000套以上，以上兩種產(chǎn)品對線路覆冰監(jiān)
測及線路巡視維護(hù)提供了很大的作用。2004年后相關(guān)
廠家陸續(xù)開發(fā)了線路微氣象監(jiān)測系統(tǒng)、線路導(dǎo)線溫度
監(jiān)測系統(tǒng)、線路導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)等產(chǎn)品，均得到了
一定量的應(yīng)用。在線監(jiān)測產(chǎn)品制造廠家達(dá)到10余家，
監(jiān)測裝置總體產(chǎn)品應(yīng)用量達(dá)到1萬臺(tái)左右。從2008年
開始，南方電網(wǎng)公司召集包括清華大學(xué)在內(nèi)的10余廠
家召開技術(shù)交流會(huì)，對在線監(jiān)測的規(guī)約及通信標(biāo)準(zhǔn)做出
了規(guī)定，2009年國家電網(wǎng)公司也啟動(dòng)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的起
草工作， 目前各，一家的產(chǎn)品能夠達(dá)到中心兼容。
2 監(jiān)測裝置各部分的功能與特點(diǎn)
BOOM．OLMS 系列輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)利
用光纖傳感技術(shù)、電子測量技術(shù)、無線通信技術(shù)、
太陽能新能源技術(shù)、軟件技術(shù)對導(dǎo)線覆冰、導(dǎo)線溫
度、導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)、導(dǎo)線舞動(dòng)、次檔距
震蕩、導(dǎo)線張力、絕緣子串風(fēng)偏(傾斜)、桿塔應(yīng)力
分布、桿塔傾斜、桿塔振動(dòng)、桿塔基礎(chǔ)滑移、絕緣
子污穢、環(huán)境氣象、圖像(視頻)、桿塔塔材被盜等
進(jìn)行監(jiān)測。
圖1 高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊
2．1 監(jiān)測裝置的電源
安裝在鐵塔上的監(jiān)測裝置統(tǒng)一采用太陽能對蓄
電池浮充的方式進(jìn)行供電，針對我國西南、華東等日
照照射相對較弱地區(qū)可采用太陽能及風(fēng)能對蓄電池進(jìn)
行充電的方式進(jìn)行供電。監(jiān)測裝置安裝于鐵塔上，安
裝較為困難。因此減小設(shè)備體積及重量成為監(jiān)測裝置
沒計(jì)首要考慮的因素，采用超低功耗技術(shù)，裝置待機(jī)
電流保持在20mA(12V)以內(nèi)，因此在同等容量電源
條件下，裝置可連續(xù)運(yùn)行時(shí)間比目前市面廠家長30％
以上。一般情況下數(shù)據(jù)采集裝置配置12V 33AH電池
即可連續(xù)運(yùn)行30天以上，裝置體積小、重量輕，有利
于現(xiàn)場安裝。
2．2 監(jiān)測裝置的通信
1)數(shù)據(jù)采集單元(導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線舞動(dòng)、導(dǎo)線張
力、導(dǎo)線弧垂等)與塔上監(jiān)測裝置之問采用RF、Zigbee、
WIFI等方式進(jìn)行通信，通信距離1～3km。
2)塔上監(jiān)測裝置與CMA (狀態(tài)監(jiān)測代理)之間
采用RJ45、RF、Zigbee、WIFI等方式進(jìn)行通信。
3)CMA或集成有CMA功能的監(jiān)測裝置與CAG
(狀態(tài)信息接入網(wǎng)關(guān)機(jī))之間采用OPGW、WIFI、
GPRS／CDMA／3G、衛(wèi)星等方式進(jìn)行通信。具備光纖
接入條件桿塔 的監(jiān)測裝置，采用光端機(jī)將桿塔上
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的的數(shù)據(jù)傳輸至中心CAG，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)落地；不具備
光纖接入條件桿塔上的監(jiān)測裝置通過無線(WIFI)
網(wǎng)絡(luò)將各監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)匯總至有光纖接入桿塔上的
監(jiān)測裝置，利用光交換機(jī)將尢線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸
至中心CAG。
2．3 監(jiān)測裝置的功能單元
輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括覆冰、氣象、圖像
(視頻)、導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、反外
力破壞等產(chǎn)品，上述功能模塊可單獨(dú)使用也可任意
組合使用。
1)輸電線路覆冰監(jiān)測裝置
輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)通過全天候地采集
運(yùn)行狀態(tài)下輸電線路的絕緣予串拉力、絕緣子串風(fēng)
偏角、絕緣子串傾斜角、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度
等特征參數(shù)，將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒治鎏幚碇行模?
通過智能分析算法計(jì)算導(dǎo)線覆冰厚度；相關(guān)部門根
據(jù)線路荷載、覆冰厚度及 邊氣象環(huán)境決定是否需
要實(shí)施預(yù)防措施。拉力傳感器采用進(jìn)口特種 銹鋼
設(shè)計(jì)，具有抗腐蝕、耐磨、強(qiáng)度高、測量精確度高
的特點(diǎn)；系統(tǒng)可結(jié)合局部氣象特點(diǎn)，對覆冰的發(fā)展
趨勢進(jìn)行預(yù)測。
2)輸電線路圖像／視頻監(jiān)控系統(tǒng)
輸電線路圖像、視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要利用了先進(jìn)的
數(shù)字視頻壓縮技術(shù)、遠(yuǎn)距離GPRs／cDMA／3G無線通
信技術(shù)、新能源及低功耗應(yīng)用技術(shù)、軟件技術(shù)、將電
力桿塔、導(dǎo)線現(xiàn)場的圖像經(jīng)過壓縮、分組后通過
GPRS／CDMA等無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)
對輸電線路周邊環(huán)境及環(huán)境參數(shù)的全天候監(jiān)測。使線
路管理人員在中央監(jiān)控室即?？吹綏U塔現(xiàn)場信息，將
事故消滅在萌芽狀態(tài)。裝置攝像機(jī)選用工業(yè)球形攝像
機(jī)，機(jī)芯采用SONY CCD 芯片，具有清晰度高，抗
電磁卜擾的特點(diǎn)。
3)輸電線路導(dǎo)線溫度監(jiān)測及動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)
導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測輸電線路
導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線電流、日照、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度
等參數(shù)。系統(tǒng)主要由測溫單元、塔上監(jiān)測裝置、通信
基站和分析查詢系統(tǒng)四部分組成。其中體積小、重量
輕的測溫單元安裝在輸電線路導(dǎo)線或金具上，實(shí)時(shí)采
集導(dǎo)線及金具溫度，并通過Zigbee或RF射頻模塊將
數(shù)據(jù)無線上傳至鐵塔上的監(jiān)測裝置。
4)輸電線路導(dǎo)線對地距離(弧垂)監(jiān)測系統(tǒng)
輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置安裝在導(dǎo)線的弧垂
最低處或需要監(jiān)測的部位，采用高能電池或?qū)Ь€感應(yīng)
2012~ 8 霉 藏 I103
智能配電裝備與技術(shù)、電能管理技術(shù)專輯
取能技術(shù)，實(shí)時(shí)測量導(dǎo)線對地距離的變化情況，可及
時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線弧垂的變化，避免接地事故的發(fā)生，并可
結(jié)合導(dǎo)線的溫度和氣象數(shù)據(jù)對導(dǎo)線預(yù)期弧垂進(jìn)行計(jì)
算，建立預(yù)警機(jī)制，確保線路運(yùn)行和被跨越設(shè)備的安
全。該模塊具有體積小、功耗低、測量距離遠(yuǎn)、精度
高、成本低的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于35～1000kV的交
直流輸電線路。
5)輸電線路防盜報(bào)警系統(tǒng)
“基于光纖檢測及圖像監(jiān)測技術(shù)的輸電線路防
盜報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)”，運(yùn)用光纖探測技術(shù)、圖像監(jiān)測
技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、新能源技術(shù)、新軟件技術(shù)，
使報(bào)警可靠性達(dá)98％以上，很好地解決了輸電線路
防盜預(yù)警的難題，為國內(nèi)首創(chuàng)。
系統(tǒng)由埋在鐵塔周圍(及塔基內(nèi)部)的光纖傳
感器、安裝在塔上的智能視頻監(jiān)視及分析裝置組成。
當(dāng)有人靠近鐵塔或攀爬時(shí)，光纖報(bào)警器發(fā)出預(yù)警信
號(hào)，并把預(yù)警信號(hào)傳輸給安裝在鐵塔上的圖像監(jiān)測
裝置，監(jiān)測裝置收到報(bào)警信號(hào)后打開攝像機(jī)，啟動(dòng)
圖像監(jiān)測功能，進(jìn)行圖像連拍，將圖像傳輸至監(jiān)控
中心，并啟動(dòng)現(xiàn)場語音告警。
6)光纖傳感報(bào)警原理
傳感光纖沒有受到外界干擾情況下，激光信號(hào)
的傳播路徑，如圖2所示。
／ ? ／ ?一一 ，
～ 。
；
圖2
當(dāng)傳感光纖受到振動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，激光信號(hào)的傳
輸相位發(fā)生了改變，如圖3所示。
；
} 擘 、
圖3
當(dāng)傳感光纖受到壓力形變時(shí)，激光信號(hào)傳輸相
位也發(fā)生了改變，如圖4所示。
一
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? ? 黟
圖4
傳感光纖內(nèi)激光信號(hào)相位的改變時(shí)通過光纖調(diào)制器
輸出的光強(qiáng)與受到相應(yīng)的振動(dòng)對應(yīng)。通過對信號(hào)進(jìn)行放
大、濾波、數(shù)字化進(jìn)入嵌入式DSP利用白適應(yīng)軟件進(jìn)行
104l電卑技柬2012~ 8
分析處理，進(jìn)而判斷是否進(jìn)行報(bào)警處理。
3 在線監(jiān)測未來發(fā)展方向
在線監(jiān)測技術(shù)作為智能輸電的關(guān)鍵技術(shù)之一，
是目前國家智能電網(wǎng)建設(shè)的重要研究方向。未來輸
電線路的監(jiān)測技術(shù)主要向以下方向發(fā)展。
1)實(shí)用性，經(jīng)過逐步的產(chǎn)品推廣應(yīng)用，會(huì)出現(xiàn)
一些主流的應(yīng)用產(chǎn)品，如覆冰、氣象、圖像、舞動(dòng)、
導(dǎo)線溫度，而其他產(chǎn)品會(huì)逐步退出市場應(yīng)用。
2)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)為主要方向，AP-JV[等系統(tǒng)的
應(yīng)用會(huì)成為主流，這將有助于提高設(shè)備的可靠性，有利
于設(shè)備功能的擴(kuò)展，提供豐富的接口應(yīng)用。
3)各種分析、計(jì)算、預(yù)警等計(jì)算模塊將隨著前
端裝置CPU計(jì)算功能的加強(qiáng)進(jìn)行遷移。
4)前端傳感器的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)逐步統(tǒng)一， 目前國網(wǎng)、
南網(wǎng)只對整套裝置的通信協(xié)議作出相應(yīng)規(guī)范而沒有
對前端傳感器的規(guī)約及接口作出要求。
5)產(chǎn)品重量、體積會(huì)大幅度縮小，有利于現(xiàn)場
安裝、施工方便，據(jù)個(gè)人看法，未來兩年內(nèi)將會(huì)出
現(xiàn)整套重量低于20kg的產(chǎn)品出現(xiàn)。
4 結(jié)論
綜上所述，建議國家電網(wǎng)公司相關(guān)部門進(jìn)一步
細(xì)化相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備
的體積重量作出明確規(guī)定，對設(shè)備的無陽光工作時(shí)
間做出強(qiáng)行測試，對入網(wǎng)設(shè)備的耐候性進(jìn)行長期模
擬測試等以提高設(shè)備的可靠性。
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Ⅲ

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