徐望圣,童干，汪旭旭，秦冰

(1.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司宜昌工程建設(shè)部，湖北 宜昌 443000； 3.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠性的提升措施研究

徐望圣1,童干1，汪旭旭2，秦冰3

(1.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000； 2.國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司宜昌工程建設(shè)部，湖北 宜昌 443000； 3.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司張掖市供電公司，甘肅 張掖 734000)

現(xiàn)有輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在通信、視頻、供電等方面存在數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、視頻模糊、供電效率低等問題。本文針對(duì)上述問題，提出了遠(yuǎn)距離WiFi傳輸技術(shù)、高可靠攝像頭、可靠供電技術(shù)，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中，應(yīng)用效果表明，改進(jìn)后設(shè)備可靠性高于原有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

輸電線路；在線監(jiān)測(cè)；可靠性；提升措施

1 引言

輸電線路設(shè)備的安全可靠是整個(gè)電力系統(tǒng)安全可靠性的基礎(chǔ)，設(shè)備某一局部故障常常會(huì)波及全系統(tǒng)，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行，從而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損失。因此需要輸電線路管理部門通過合適的在線監(jiān)測(cè)[1-4]技術(shù)及時(shí)掌握輸電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀態(tài)，為正確地對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷提供依據(jù)，從而制定合理的檢修體制和消除設(shè)備的故障。但是，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)裝置普遍存在著數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、供電不足、監(jiān)測(cè)裝置穩(wěn)定性差等問題，急需通過對(duì)各類先進(jìn)智能技術(shù)的引入、現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)及新型監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)等多種手段來改進(jìn)和完善現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)及裝置的不足，為檢修工作提供可靠、有力支持。

2 在線監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的問題

2.1 問題形式

現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品在數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測(cè)裝置性能、監(jiān)測(cè)裝置質(zhì)量等方面存在的不足，嚴(yán)重影響在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性。這些不足主要表現(xiàn)如下：

2.1.1 數(shù)據(jù)傳輸

對(duì)于分屬不同供應(yīng)商的在線監(jiān)測(cè)裝置，各類在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則不一致，數(shù)據(jù)后臺(tái)和監(jiān)控設(shè)備重復(fù)配置，且導(dǎo)致數(shù)據(jù)分散；各類裝置功能相互獨(dú)立，檢測(cè)數(shù)據(jù)不能共享且重復(fù)監(jiān)測(cè)。在數(shù)據(jù)傳輸中存在公網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換的安全問題，各分公司都是內(nèi)外網(wǎng)隔離，數(shù)據(jù)傳輸困難，統(tǒng)計(jì)查詢也不方便，對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)，有可能存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全的問題。由于目前輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過第三方的GSM無線通訊移動(dòng)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，上述因素常引起數(shù)據(jù)傳送延時(shí)和漏傳現(xiàn)象的發(fā)生。目前在線監(jiān)測(cè)采用的通信手段，受到通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的制約，缺乏有效的通訊手段進(jìn)行及時(shí)、大流量數(shù)據(jù)的傳送。GSM無線通訊移動(dòng)網(wǎng)是公共網(wǎng)絡(luò)，今后大量應(yīng)用，數(shù)據(jù)的安全性值得深思。

2.1.2 監(jiān)測(cè)裝置性能

建立于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之上的分析模型并不多見且標(biāo)準(zhǔn)不一，雖能獲得數(shù)據(jù)，卻得不到實(shí)際意義。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源單一，多為太陽能電池供電，部分產(chǎn)品采用電源采用太陽能和蓄電池的組合供電方式。但由網(wǎng)省公司反映的結(jié)果看，有相當(dāng)一部分設(shè)備的電源不能滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需要。部分在線監(jiān)測(cè)裝置功能單一，只是對(duì)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)趨勢(shì)的發(fā)展沒有分析及預(yù)警功能。輸電線路狀態(tài)評(píng)估的智能化程度不高，需要建立智能判據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能分析，能準(zhǔn)確可靠的用于狀態(tài)檢修，形成能真正指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際的判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。圖像及視頻設(shè)備適應(yīng)線路環(huán)境的性能較差，夜間采集的圖像不清晰，不具備紅外線功能，在雨霧天氣球機(jī)外罩經(jīng)常出現(xiàn)水膜，在冬季球機(jī)外罩水膜經(jīng)常結(jié)冰，造成無法得到有效的監(jiān)控圖片。輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)通常是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控，成本較高，雖然可以對(duì)特殊地段局部進(jìn)行監(jiān)控，但是不能滿足對(duì)特殊地段全面監(jiān)控的需要；有些特殊地段信號(hào)較弱，還無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

2.1.3 監(jiān)測(cè)裝置質(zhì)量方面

在線監(jiān)測(cè)裝置的系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)備適應(yīng)線路惡劣環(huán)境的性能較差，設(shè)備失效等問題。電池、太陽能板壽命較短，冬季電池的使用性能明顯下降，甚至無法工作。

2.2 提升在線監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠性思路

2.2.1 提升通信穩(wěn)定性[5-6]

現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)裝置普遍采用3G/GPRS公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信傳輸，但受運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)條件限制，如在每天網(wǎng)絡(luò)使用高峰時(shí)段，在線監(jiān)測(cè)通信的穩(wěn)定性常因此時(shí)的數(shù)據(jù)帶寬低而受到影響。針對(duì)該問題，考慮利用遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)建立專用通信網(wǎng)絡(luò)來解決通信帶寬不足的問題。

2.2.2 提升視頻監(jiān)測(cè)攝像頭[7]可靠性

目前，室外球機(jī)通過透明罩將攝像頭跟外界隔離，可是當(dāng)環(huán)境溫度比較低，濕度比較大且早晚溫差很大的時(shí)候，在球機(jī)的表面以及內(nèi)部容易結(jié)冰結(jié)霧。因此攝像頭無法拍攝到現(xiàn)場(chǎng)的照片，照片是一片模糊，嚴(yán)重影響視頻在線監(jiān)測(cè)裝置的使用。目前市面上的視頻在線監(jiān)測(cè)裝置還未有這方面的解決方案，有必要設(shè)計(jì)一種既可防冰又可防霧的高可靠視頻監(jiān)測(cè)攝像頭。

2.2.3 確保有效供電[8-9]

大多數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置普遍采用電池進(jìn)行供電，而在新電池技術(shù)巨大突破之前，電池的儲(chǔ)電容量始終是在線技術(shù)有效供電的瓶頸。因此，需研發(fā)出一種新型電池電能管理技術(shù)來合理使用電池電量。但受電池容量制約，僅使用電池管理技術(shù)合理使用電池電量，也只能有限提升電池的供電時(shí)長(zhǎng)，故采用風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)以保證在線監(jiān)測(cè)裝置的長(zhǎng)期持續(xù)正常工作。

3 解決措施

3.1 遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)

目前市場(chǎng)上所用的WiFi產(chǎn)品大多傳輸距離為100m左右，滿足家用、商場(chǎng)、辦公樓場(chǎng)所即可足夠。然而，輸電線路鐵塔一般地處荒郊野外。距離有線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)較遠(yuǎn)，一般在1000m甚至更遠(yuǎn)。所以一般的WiFi產(chǎn)品很難滿足輸電線路視頻在線監(jiān)測(cè)的需求，因此必須針對(duì)輸電線路特有的運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計(jì)出適應(yīng)輸電線路的WiFi技術(shù)。

系統(tǒng)(圖1)主要由監(jiān)測(cè)點(diǎn)、WiFi信號(hào)落地點(diǎn)、視頻監(jiān)視主站組成。遠(yuǎn)距離WiFi傳輸技術(shù)的核心部分在于遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋的應(yīng)用。此處所用的遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋設(shè)備型號(hào)為IPlink5808G。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝在塔桿上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)將桿塔上安裝的的各類傳感器和視頻攝像頭采集輸電線路的實(shí)時(shí)數(shù)字和視頻信息，連接至遠(yuǎn)距高寬網(wǎng)橋，WiFi信號(hào)落地點(diǎn)通過遠(yuǎn)距離高帶寬無線網(wǎng)橋接受數(shù)據(jù)并連接Internet上傳數(shù)據(jù)，用戶登陸視頻監(jiān)視主站網(wǎng)頁，查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻信息。

3.2 高可靠攝像頭

3.2.1 防冰除霧技術(shù)

為了去除球機(jī)上的冰和霧，解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案主要為在球機(jī)內(nèi)的鐵殼表面粘貼一種特殊材料的隔熱膠，然后將塑膠加熱片粘貼在隔熱膠上。隔熱膠的目的是為了阻止加熱片熱量傳遞到球機(jī)鐵殼表面，使發(fā)熱片的熱量全部傳遞到球機(jī)內(nèi)部的空氣里，從而節(jié)省能量。當(dāng)球機(jī)內(nèi)的空氣加熱到一定溫度后，球機(jī)外面的冰自然融化，球機(jī)內(nèi)部的霧氣慢慢蒸發(fā)掉，使球機(jī)變得越來越透明。從而在不改變?cè)星驒C(jī)的外觀結(jié)構(gòu)前提下，可通過后臺(tái)控制是否開啟加熱裝置，達(dá)到邊拍照邊加熱除冰除霧的性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖2為球機(jī)除冰除霧裝置示意圖，1為隔熱雙面膠，2為塑膠發(fā)熱片，3為球機(jī)鐵殼。塑膠發(fā)熱片通過隔熱雙面膠粘貼在球機(jī)鐵殼上，每片功率17W。將球機(jī)放置于低溫箱中，將溫度調(diào)至零下5°附近，模擬室外冬天真實(shí)環(huán)境，使得球機(jī)罩上結(jié)冰結(jié)霧。開啟加熱裝置的同時(shí)，低溫箱仍然保持之前設(shè)定的溫度值，真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如圖3所示。

圖2 球機(jī)除冰除霧裝置示意圖

圖3 球機(jī)罩除冰除霧前后對(duì)比圖

3.2.2 夜間紅外成像技術(shù)

輸電線路夜間巡視難度較大，且能見度低，一般視頻監(jiān)測(cè)無法實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)測(cè)。而紅外成像技術(shù)并不受能見度的制約，能夠通過所監(jiān)測(cè)物體輻射的紅外線波長(zhǎng)探知物體表面溫升情況，同時(shí)不會(huì)受到強(qiáng)光、閃光干擾，因此可以在夜間探知輸電線路絕緣子串表面、導(dǎo)線接頭、金具等處的溫升。

3.3 可靠供電技術(shù)

3.3.1 電池電能管理技術(shù)

根據(jù)已有的電池單體的荷電性質(zhì)，研究電池組的荷電特性。并研究不同影響因素如負(fù)載大小、溫度差異等對(duì)電池組電壓電流的影響，通過測(cè)量電壓電流獲得大量數(shù)據(jù)，運(yùn)用模糊邏輯建立電池組的電量管理系統(tǒng)。同時(shí)增加外部用電設(shè)備電量使用監(jiān)控程序，使系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控未及時(shí)關(guān)閉的視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備并將其自動(dòng)關(guān)閉，保證電池組長(zhǎng)時(shí)間有效供電。

3.3.2 風(fēng)光互補(bǔ)充電技術(shù)

風(fēng)光互補(bǔ)充電技術(shù)結(jié)合了風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電和太陽能板充電的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)兩者不足，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電能夠在陰天黑夜、風(fēng)雨天氣充電，而太陽能板只能在陽光充足時(shí)工作。風(fēng)光互補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)主要指直立軸風(fēng)機(jī)技術(shù)。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以按風(fēng)機(jī)容量、交-直流變換方式、風(fēng)機(jī)軸結(jié)構(gòu)形式等方式分類。目前輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備充電設(shè)備也存在風(fēng)力機(jī)的應(yīng)用，但是多為小型水平軸風(fēng)機(jī)，而直立軸風(fēng)機(jī)卻在線路在線監(jiān)測(cè)中很少看見。

輸電線路在線監(jiān)測(cè)選用直立軸風(fēng)機(jī)發(fā)電，較水平軸風(fēng)機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)。直立軸風(fēng)機(jī)中軸線豎直向下，葉片可以360度自由采風(fēng)，因此不需要偏航系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)于水平軸風(fēng)機(jī)要簡(jiǎn)單；直立軸風(fēng)機(jī)力學(xué)性能優(yōu)異。而水平軸風(fēng)機(jī)的缺點(diǎn)就是風(fēng)載作用下的彎矩要比直立軸風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的彎矩大得多，所以直立軸風(fēng)機(jī)的應(yīng)用可以減少對(duì)輸電桿塔的影響。

4 應(yīng)用

針對(duì)目前在線監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠性普遍較低的問題，湖北電力公司檢修分公司鄂西北檢修分部對(duì)所轄輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)，應(yīng)用了遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)、高可靠攝像頭、可靠供電技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用圖片如圖4所示。

圖4 實(shí)際應(yīng)用效果圖

上述設(shè)備掛網(wǎng)運(yùn)行一年多來，與原有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備相比，可靠性得到了明顯提高。同一區(qū)域內(nèi)，對(duì)原有和升級(jí)后的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備隨機(jī)進(jìn)行了150次數(shù)據(jù)抽查，采用3G/2G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的原有設(shè)備出現(xiàn)無法接收數(shù)據(jù)、視頻卡頓現(xiàn)象48次，采用遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)的設(shè)備僅出現(xiàn)3次傳輸失敗事件(其中3次為WiFi落地端停電導(dǎo)致)；2013年冬季達(dá)到攝像頭防冰除霧的天數(shù)為21天，采用普通攝像頭的設(shè)備有19天出現(xiàn)無法看清檢測(cè)設(shè)備情況，安裝有高可靠攝像頭的設(shè)備僅有1天出現(xiàn)攝像頭模糊現(xiàn)象。2013年冬季襄陽無日照天數(shù)為49天，電池自動(dòng)關(guān)閉(電量低于20%時(shí))天數(shù)統(tǒng)計(jì)中，原有設(shè)備電池自動(dòng)關(guān)閉天數(shù)為15天，升級(jí)后的設(shè)備電池未出現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉情況。由此可知，經(jīng)過改進(jìn)升級(jí)，輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性得到了有效提升。

5 總結(jié)

(1)遠(yuǎn)距離WiFi技術(shù)彌補(bǔ)了3G/2G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在偏遠(yuǎn)地區(qū)、信號(hào)擁堵時(shí)段出現(xiàn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失缺陷，能夠保證在線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

(2)高可靠攝像頭利用防冰除霧技術(shù)、夜間紅外技術(shù)，改善了現(xiàn)有監(jiān)測(cè)中冬季攝像頭結(jié)冰視頻模糊、夜間無法監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀；

(3)可靠供電技術(shù)利用電池電能管理技術(shù)、風(fēng)光互補(bǔ)充電技術(shù)，增加了非充電時(shí)段電池的工作時(shí)長(zhǎng)，豐富了監(jiān)測(cè)設(shè)備上電池的充電方式。

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Study on Improving Reliability of On-line Monitoring Equipment on Transmission Lines

XUWang-sheng1,TONGGan1,WANGXu-xu2,QINBing3

(1.Guiyang Bureau of CSG EHV Power Transmission Company,Guiyang 550000,China; 2.DC Construction Branch Yichang Construction Engineering of State Grid Corporation,Yichang 443000, China; 3.Zhangye Bureau of Gansu Province State Grid Power Company,Zhangye 734000,China)

The monitoring equipment on overhead lines usually exist problems such as unstable data,fuzzy video images,low energy supply efficiency.For the above situation,WiFi long-distance transmission technologies,highly reliable camera and reliable power supply technology is put forward in this paper.It is applied to the actual project.The application results show that the improved equipment reliability is higher than the original line monitoring equipment.

overhead lines;online monitoring;reliability;promotion measures

1004-289X(2016)03-0019-04

TM8

B

2015-11-29

徐望圣(1982.8-),男，湖南益陽人，本科，工程師，生產(chǎn)設(shè)備部輸電管理專責(zé)； 童干(1989.9-)，男，湖北黃岡人，本科，助理工程師，從事輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作； 汪旭旭，男，湖北遠(yuǎn)安人，助理工程師，主要研究方向?yàn)樘馗邏褐绷骷夹g(shù)研究與應(yīng)用； 秦冰(1984.10-)，男，甘肅張掖人，本科，助理工程師，從事變電檢修工作。