特高压线路在线监测系统的结构及功能应用

    在特高压线路上应用在线监测技术应以加强线路安全稳定运行保障为主，适当考虑积累运行数据的需要，以突出重点、体现差异化为原则，提出各种在线监测系统的应用范围：
    (1)对重要交叉跨越（包括主干铁路、主干高速公路），山区较长耐张段，覆冰较重地区（如太行山区）和易覆冰的微气象区等安装覆冰在线监测装置。
    (2)在微地形、微气象及对导线风偏敏感地区安装气象和导线风偏装置。
    (3)在煤矿采动影响区安装杆塔倾斜监测装置。
    (4)在大跨越线路（如黄河大跨越）上安装微风振动监测装置。
    (5)在特高压线路舞动易发区（如河南平顶山到宝丰区段等）安装舞动监测装置。
    (6)在大跨越线路（如黄河大跨越）、重要跨越及特别偏僻的地区安装视频监测装置。
    (7)必要时考虑在污秽特别严重的地区安装绝缘子污秽监测装置。
    1．输电线路覆冰在线监测     输电线路覆冰在线监测通过对导线的覆冰情况进行实时监测，依托后台诊断分析系统对监测数据进行分析，实现对线路各种冰害事故的提前预测，并及时向运行管理人员发送报警信息，实现抗击冰害，有效减少线路冰闪、舞动、断线、倒塔等事故发生概率的目的。     覆冰在线监测装置是由覆冰拉力终端、拉力、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、线路监测基站、温湿度传感器组成，通过记录特高压线路绝缘子串受力情况等的变化来检测导线承受的覆冰雪、大风情况。一旦冰雪、大风天气导致导线覆冰、张力超过预警值，即可向相关部门责任人发出短信息，以便运行单位及时启动应急预案。     2．输电线路气象和导线风偏在线监测     输电线路气象和导线风偏在线监测可为监测点所在线路设计和风偏效验提供实验依据；通过预警促使运行部门采取合理的风偏防范措施，协助运行部门查找放电故障点；通过检测中心对送电线路所经区域气象资料的观测、记录、收集，积累运行资料，完善风偏计算方法，同时准确的记录输电线路杆塔上最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动轨迹等为制定合理的设计标准提供直接的技术数据．为设计单位今后的工作积累经验。     监测输电线路周围的气象环境状况，包括：风速、风向、环境温度、环境湿度、大气压力、光辐射强度和雨量，对超出预警值的参数进行报警，为导地线微风振动、导线弧垂、温度、风偏、覆冰、舞动、杆塔倾斜等线路运行状态情况提供气象环境数据。     系统由气象采集单元、风偏采集单元、子站和数据处理系统组成，气象采集单元和子站安装在输电线路杆塔上，风偏采集单元安装在导线上。气象采集单元和风偏采集单元子把采集的气象参数、风偏角、倾斜角，传输到子站，然后通过无线网络方式向数据处理系统发送，数据处理系统完成对监测数据的转换和处理。     3．输电线路杆塔倾斜监测     煤矿采空区上部覆岩在重力、应力、自然力扰动作用下，易引发地面裂缝、岩体错位、崩塌、滑坡、地面塌陷等地质灾害，导致采空区杆塔倾斜、地基变形情况时有发生，严重威胁着输电线路的安全运行。     杆塔倾斜在线监测装置由杆塔倾斜监测基站、角度传感器组成，能灵敏地监测到地基变形全过程，并且可以通过杆塔倾斜监测数据，定量获取地基变形的趋势和速度等特征，对最终的杆塔变形作出分析判断。监测数据量可以非常直观反映地基倾斜、基础不均匀沉降，基础间水平位移等情况所带来的杆塔倾斜。     4．输电线路导线微风振动监测     微风振动是造成高压架空输电线路疲劳断股的主要原因。微风振动对架空线路造成的破坏是长期积累性的，具有较强的隐蔽性，因此对其进行测量既能为防振设计提供科学的依据，又能为消除微风振动产生的隐患以便及时采取改进措施提供良好的监测手段。     系统采用三级网络结构，由振动监测仪（LVM-50型）、气象环境观测站(WEES型)、线路监测基站(WSNB型)和当地监测中心组成，其中振动监测仪安装在导地线及OPGW上，气象环境观测站和线路监测基站安装在杆塔上，当地监测中心设置在中心本部机房。     振动监测仪将采集到导地线及OPGW微风振动的振幅值、振动频率和线温等数据按无线传感器网络的方式发送给线路监测基站，线路监测基站再将处理后的数据通过GPRS通信模式发送给当地监测中心，当地监测中心对导地线及OPGW微风振动的振幅值、振动频率、导线温度、气象环境等状态参数进行在线分析，完成多参数预警、趋势分析、统计报表等功能。     5．输电线路导线舞动监测     导线舞动会给线路造成严重的损害，可使金具断裂、导线落地，塔材、螺丝变形、折断，出现大面积停电。因此，应加强对导线舞动的观测和记录工作，绘制出易舞线路和易舞区分布图，开展对导线舞动在线监测的研究，做到提前预防或加以根治。     舞动监测系统由多个舞动监测仪以一定的等间距安装于同一档的同一条导线上，监测仪采用三轴加速度传感器，可采集X、Y、Z三个方向的加速度信号。多个监测仪的采样具有同步性，同时每个监测仪三个方向数据的采集具有同步性，在此基础上获得的采样数据，结合线路参数及以相关的数据模型推算，可得到线路舞动的相关信息。     6．输电线路视频监控     输电线路视频监控是通过在人口密集区、林区、开发区、交通繁忙区等危险地点安装线路视频监视装置，实时监视、记录这些危险地点的环境情况，及时发现违章和危及线路安全运行的行为并及时制止，避免造成事故，同时可观察和记录线路覆冰、覆雪等过程。     7．输电线路绝缘子污秽监测     全国每年污闪事故不断，给输电线路以及整个电网带来极大的威胁，因此，开展绝缘子污秽在线监测技术，在特高压线路上应用研究十分必要。绝缘子的表面污秽反映了输电线路的基本绝缘状况。目前较常用的绝缘子污秽在线监测手段主要有盐密在线监测和泄漏电流在线监测，在特高压试验示范线路均进行了应用。     盐密的测量通过置于空气中的高纯度石英棒为芯，大气为包层的多模介质光波导。在石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，有少部分光能沿芯包界面的包层传输，类似于中的光传输机理。在相同的盐密度下，绝缘子的污闪电压随灰密的增加呈下降趋势。可见不同灰密对相同的盐密下的绝缘子的耐受电压有着重要的影响。因此对灰密的监测也是防污闪工作的重要内容之一。     绝缘子表面泄漏电流是电压、气候、污秽三要素的综合反映，因此可将绝缘子表面泄漏电流作为监测绝缘子污秽程度的特征量。泄漏电流在线监测是利用泄漏电流沿面形成的原理，在绝缘子侧通过引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流，利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值（如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数），通过无线传输将数据传输到数据总站，运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析，对绝缘子的积污状况做出评估和预测。泄漏电流的大小与所用绝缘子的类型（材料、伞型、盘径）、污秽成分、盐密、灰密、气象条件等多种因素有关，也需要积累足够多的运行数据。 ,    在特高压线路上应用在线监测技术应以加强线路安全稳定运行保障为主，适当考虑积累运行数据的需要，以突出重点、体现差异化为原则，提出各种在线监测系统的应用范围：
    (1)对重要交叉跨越（包括主干铁路、主干高速公路），山区较长耐张段，覆冰较重地区（如太行山区）和易覆冰的微气象区等安装覆冰在线监测装置。
    (2)在微地形、微气象及对导线风偏敏感地区安装气象和导线风偏装置。
    (3)在煤矿采动影响区安装杆塔倾斜监测装置。
    (4)在大跨越线路（如黄河大跨越）上安装微风振动监测装置。
    (5)在特高压线路舞动易发区（如河南平顶山到宝丰区段等）安装舞动监测装置。
    (6)在大跨越线路（如黄河大跨越）、重要跨越及特别偏僻的地区安装视频监测装置。
    (7)必要时考虑在污秽特别严重的地区安装绝缘子污秽监测装置。
    1．输电线路覆冰在线监测     输电线路覆冰在线监测通过对导线的覆冰情况进行实时监测，依托后台诊断分析系统对监测数据进行分析，实现对线路各种冰害事故的提前预测，并及时向运行管理人员发送报警信息，实现抗击冰害，有效减少线路冰闪、舞动、断线、倒塔等事故发生概率的目的。     覆冰在线监测装置是由覆冰拉力终端、拉力、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、线路监测基站、温湿度传感器组成，通过记录特高压线路绝缘子串受力情况等的变化来检测导线承受的覆冰雪、大风情况。一旦冰雪、大风天气导致导线覆冰、张力超过预警值，即可向相关部门责任人发出短信息，以便运行单位及时启动应急预案。     2．输电线路气象和导线风偏在线监测     输电线路气象和导线风偏在线监测可为监测点所在线路设计和风偏效验提供实验依据；通过预警促使运行部门采取合理的风偏防范措施，协助运行部门查找放电故障点；通过检测中心对送电线路所经区域气象资料的观测、记录、收集，积累运行资料，完善风偏计算方法，同时准确的记录输电线路杆塔上最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动轨迹等为制定合理的设计标准提供直接的技术数据．为设计单位今后的工作积累经验。     监测输电线路周围的气象环境状况，包括：风速、风向、环境温度、环境湿度、大气压力、光辐射强度和雨量，对超出预警值的参数进行报警，为导地线微风振动、导线弧垂、温度、风偏、覆冰、舞动、杆塔倾斜等线路运行状态情况提供气象环境数据。     系统由气象采集单元、风偏采集单元、子站和数据处理系统组成，气象采集单元和子站安装在输电线路杆塔上，风偏采集单元安装在导线上。气象采集单元和风偏采集单元子把采集的气象参数、风偏角、倾斜角，传输到子站，然后通过无线网络方式向数据处理系统发送，数据处理系统完成对监测数据的转换和处理。     3．输电线路杆塔倾斜监测     煤矿采空区上部覆岩在重力、应力、自然力扰动作用下，易引发地面裂缝、岩体错位、崩塌、滑坡、地面塌陷等地质灾害，导致采空区杆塔倾斜、地基变形情况时有发生，严重威胁着输电线路的安全运行。     杆塔倾斜在线监测装置由杆塔倾斜监测基站、角度传感器组成，能灵敏地监测到地基变形全过程，并且可以通过杆塔倾斜监测数据，定量获取地基变形的趋势和速度等特征，对最终的杆塔变形作出分析判断。监测数据量可以非常直观反映地基倾斜、基础不均匀沉降，基础间水平位移等情况所带来的杆塔倾斜。     4．输电线路导线微风振动监测     微风振动是造成高压架空输电线路疲劳断股的主要原因。微风振动对架空线路造成的破坏是长期积累性的，具有较强的隐蔽性，因此对其进行测量既能为防振设计提供科学的依据，又能为消除微风振动产生的隐患以便及时采取改进措施提供良好的监测手段。     系统采用三级网络结构，由振动监测仪（LVM-50型）、气象环境观测站(WEES型)、线路监测基站(WSNB型)和当地监测中心组成，其中振动监测仪安装在导地线及OPGW上，气象环境观测站和线路监测基站安装在杆塔上，当地监测中心设置在中心本部机房。     振动监测仪将采集到导地线及OPGW微风振动的振幅值、振动频率和线温等数据按无线传感器网络的方式发送给线路监测基站，线路监测基站再将处理后的数据通过GPRS通信模式发送给当地监测中心，当地监测中心对导地线及OPGW微风振动的振幅值、振动频率、导线温度、气象环境等状态参数进行在线分析，完成多参数预警、趋势分析、统计报表等功能。     5．输电线路导线舞动监测     导线舞动会给线路造成严重的损害，可使金具断裂、导线落地，塔材、螺丝变形、折断，出现大面积停电。因此，应加强对导线舞动的观测和记录工作，绘制出易舞线路和易舞区分布图，开展对导线舞动在线监测的研究，做到提前预防或加以根治。     舞动监测系统由多个舞动监测仪以一定的等间距安装于同一档的同一条导线上，监测仪采用三轴加速度传感器，可采集X、Y、Z三个方向的加速度信号。多个监测仪的采样具有同步性，同时每个监测仪三个方向数据的采集具有同步性，在此基础上获得的采样数据，结合线路参数及以相关的数据模型推算，可得到线路舞动的相关信息。     6．输电线路视频监控     输电线路视频监控是通过在人口密集区、林区、开发区、交通繁忙区等危险地点安装线路视频监视装置，实时监视、记录这些危险地点的环境情况，及时发现违章和危及线路安全运行的行为并及时制止，避免造成事故，同时可观察和记录线路覆冰、覆雪等过程。     7．输电线路绝缘子污秽监测     全国每年污闪事故不断，给输电线路以及整个电网带来极大的威胁，因此，开展绝缘子污秽在线监测技术，在特高压线路上应用研究十分必要。绝缘子的表面污秽反映了输电线路的基本绝缘状况。目前较常用的绝缘子污秽在线监测手段主要有盐密在线监测和泄漏电流在线监测，在特高压试验示范线路均进行了应用。     盐密的测量通过置于空气中的高纯度石英棒为芯，大气为包层的多模介质光波导。在石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，有少部分光能沿芯包界面的包层传输，类似于中的光传输机理。在相同的盐密度下，绝缘子的污闪电压随灰密的增加呈下降趋势。可见不同灰密对相同的盐密下的绝缘子的耐受电压有着重要的影响。因此对灰密的监测也是防污闪工作的重要内容之一。     绝缘子表面泄漏电流是电压、气候、污秽三要素的综合反映，因此可将绝缘子表面泄漏电流作为监测绝缘子污秽程度的特征量。泄漏电流在线监测是利用泄漏电流沿面形成的原理，在绝缘子侧通过引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流，利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值（如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数），通过无线传输将数据传输到数据总站，运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析，对绝缘子的积污状况做出评估和预测。泄漏电流的大小与所用绝缘子的类型（材料、伞型、盘径）、污秽成分、盐密、灰密、气象条件等多种因素有关，也需要积累足够多的运行数据。