凌 健，佘昌佳，潘靈敏，孫小磊，陳 昊

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)體量逐年增大，各電壓等級輸電線路也快速建設(shè)發(fā)展。輸電線路具有距離長、覆蓋面廣、跨越地形復(fù)雜等特點，容易受到自然環(huán)境和外力影響形成缺陷，然而其下方通道環(huán)境愈來愈復(fù)雜，這給線路巡檢帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的輸電線路運檢管理模式主要依靠人工巡檢和表單式管理，已經(jīng)不能適應(yīng)電網(wǎng)快速發(fā)展的需要［1-2］。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種通過各種信息傳感裝置，將實時采集的物體信息與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)對物品感知、識別和管理，形成“物-物”、“物-人”連接的技術(shù)［3-7］。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為輸電線路的智能化巡檢提供了一種新思路，2019年國網(wǎng)公司提出“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，對輸電線路的全面感知、信息交互和自主預(yù)警提出了新要求［8-14］。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于輸電線路，能夠?qū)€路的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和控制，讓輸電線路“智慧化”。

因此，建成以智慧線路為基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，對于提升電網(wǎng)本質(zhì)安全水平，加快故障快速反應(yīng)及處置，提高巡檢質(zhì)量，優(yōu)化人力資源配置等方面都具有重要的意義。本文首先對已投入應(yīng)用于某架空線路的智能巡檢設(shè)備進行分析，接著結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用實例，說明了各類設(shè)備在線監(jiān)測效果的有效性和優(yōu)越性。最后本文對各智能設(shè)備的數(shù)據(jù)管理和互通提出了改進建議。

1 智慧線路概況

智慧輸電線路是以堅強輸電線路為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用監(jiān)測傳感、信息通信、數(shù)據(jù)融合、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理全景化、運行狀態(tài)透明化、診斷決策智慧化和設(shè)備修復(fù)高效化，具有本質(zhì)堅強、實時感知、全息互聯(lián)、自主預(yù)警、智能處置特征的輸電線路［15-19］。包括可視化、物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器、分布式故障診斷、隱患在線監(jiān)測、駐塔機器人、無人機等幾個方面。

2 現(xiàn)場應(yīng)用實踐

2.1 可視化系統(tǒng)

傳統(tǒng)的線路巡視工作依靠人工每月定期巡視，此方式受地形地貌、天氣狀況、人員技能等方面的影響，巡視質(zhì)量有進一步提升的空間。特別是近年來城市化進程的加快，城建施工的力度越來越大，線路下方防外力破壞的任務(wù)日趨繁重，以往對于線路下方重大的施工，都是安排人員24 h定點值守，直到施工結(jié)束。此方式需要現(xiàn)場有2～3人輪流值守，隱患點多時易造成人力資源使用緊張。使用可視化技術(shù)進行隱患點監(jiān)控，如圖1-圖2所示。對于危及線路正常運行的隱患，系統(tǒng)會自動報警，此方式可以大大節(jié)約人力資源使用壓力，降低一線員工工作強度。

圖1 線路通道下方火災(zāi)隱患Fig.1 Hidden fire hazard under the line passage

2.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感器

物聯(lián)網(wǎng)傳感器的應(yīng)用，對于架空輸電線路運行而言，具有里程碑意義。傳統(tǒng)意義上的線路接頭溫度測量、桿塔傾斜度測量等，均依賴人工持專業(yè)測量儀器在現(xiàn)場展開測量，工作質(zhì)量及效率受地形地貌、人員技能水平、天氣、距離等因素影響［20-21］。物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)等信息載體，讓所有能夠被獨立尋址的對象能夠?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)傳感裝置的引入，使得實時監(jiān)控線路狀態(tài)成為可能。

2.2.1 線夾溫度傳感器

溫度傳感器安裝于架空輸電線路耐張塔的耐張線夾上，如圖3所示，線路運行特別是大負荷運行［22-23］時，通過溫度傳感器實時感知導(dǎo)線連接部位溫度，及時發(fā)現(xiàn)溫度過高的部位，具有測量精度準、反應(yīng)速度快、全天候等優(yōu)勢。

圖3 溫度傳感器Fig.3 Temperature sensor

對于裝有溫度傳感器的線路，可同時監(jiān)控多個耐張壓接管。設(shè)置傳感器報警閾值，當出現(xiàn)溫度過高時，系統(tǒng)自動發(fā)送報警信息，如圖4所示，從而準確定位故障點，實現(xiàn)精準運維。而依靠人工測溫，工作質(zhì)量和效率受天氣、地理距離、人員技能水平影響，每個工作日測量10～15基塔左右。測量結(jié)束后，需將數(shù)據(jù)進行分析比對，工作效率較低。

圖4 導(dǎo)線耐張線夾溫度報警Fig.4 Temperature alarm of conductor tension clamp

2.2.2 桿塔溫濕度傳感器

該傳感器安裝于桿塔塔身，用于監(jiān)測桿塔所處地段溫濕度，比氣象臺天氣預(yù)報更具實時性。通過溫濕度傳感器傳回的數(shù)據(jù)，可實時掌握桿塔周圍溫濕度，對做好輸電線路防污閃等工作具有重要意義。

2.2.3 桿塔傾斜度傳感器

在架空輸電線路架線施工、竣工驗收以及桿塔受外力破壞后傾斜校驗普遍使用經(jīng)緯儀進行傾斜度測量，只適用于零星的桿塔傾斜度測量。當需要監(jiān)測全線桿塔傾斜度時，使用經(jīng)緯儀測量顯然需要大量的人力資源和設(shè)備，顯得不太現(xiàn)實。當使用安裝在桿塔上的桿塔傾斜監(jiān)測裝置時，可實時監(jiān)控桿塔傾斜度，特別是對于惡劣狀況下的傾斜度監(jiān)測，如臺風以及桿塔覆冰、桿塔受外力撞擊等情況，做到有的放矢。

2.3 分布式故障診斷及隱患在線監(jiān)測裝置

早期故障跳閘后，依靠繼電保護裝置的故障測距，人工查找缺陷［24-26］。此種方式不能精確定位故障點，缺陷查找耗時較長。近年來在導(dǎo)線上安裝分布式故障在線監(jiān)測裝置及隱患在線監(jiān)測裝置，如圖5所示，在線路發(fā)生故障跳閘時，將線路故障行波信號回傳至監(jiān)控中心，通過部署智能分析算法，實現(xiàn)了對輸電線路故障點的精確定位。

2.4 駐塔機器人

通過安裝在桿塔地線上的駐塔機器人，實現(xiàn)對輸電線路本體全方位、無死角的巡視。機器人通過太陽能電池板和CT取能接口供電（優(yōu)先采用太陽能電池板），每3 km～4 km設(shè)置一個充電站，機器人巡檢一次可巡視30 km～40 km，相當于人工巡視4人3天的工作量。駐塔機器人巡視，不受線路下方地形影響，巡視工作可根據(jù)需要隨時開展，具有巡視效率高、巡視實時、巡視質(zhì)量佳等特點，可及時發(fā)現(xiàn)在地面巡視無法發(fā)現(xiàn)的巡視死角，確保設(shè)備缺陷不遺漏。

2.5 無人機

近年來，隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，無人機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于架空輸電線路日常巡檢工作中［27-33］。對于彌補人工缺陷的不足，降低人員勞動強度起到了積極的作用，但也存在著一些短板。目前無人機巡檢主要依靠飛手攜帶無人機至指定區(qū)域人工操作無人機進行巡檢工作，巡檢質(zhì)量和效率受飛手操作技能、天氣狀況等客觀條件影響。且每條線路在多個巡視周期內(nèi)都在同一地點要重復(fù)進行巡檢工作，巡檢工作量較大?；谖锫?lián)網(wǎng)感知的智慧線路通過無人機第一次飛行時采集無人機自動巡檢空間軌跡的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無人機自主巡檢，降低工作人員勞動強度，有效提高了巡檢質(zhì)量。

3 實施成效

以江蘇電網(wǎng)某線路智能管控系統(tǒng)為例，歷時兩年，已在特高壓線路全部桿塔、500 kV線路重要桿塔，部署高清攝像頭、各類傳感器，并利用帶電作業(yè)機會，完成專項測量和缺陷數(shù)據(jù)收集（如圖6所示的電場強度測量工作）?，F(xiàn)已初步建成了智慧線路。

圖6 帶電消缺工作中的500 kV線路零距離電場強度測量Fig.6 Measurement of zero distance electric field intensity of 500 kV transmission line

目前綜合各類傳感器的應(yīng)用、監(jiān)測傳感、可視化等技術(shù)，實時感知線路狀態(tài)，大大提高了缺陷發(fā)現(xiàn)的及時性及故障和缺陷處理的反應(yīng)時間，并使得各類數(shù)據(jù)融合、互聯(lián)互通，提升了500 kV及以上線路管理科學(xué)決策的水平。

4 改進建議

將各個模塊集成到統(tǒng)一平臺上，便于數(shù)據(jù)分析及各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)有的可視化、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、分布式故障及隱患在線監(jiān)測、駐塔機器人及無人機系統(tǒng)分別由幾個互相獨立的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)暫不能互聯(lián)互通。為充分發(fā)揮上述系統(tǒng)優(yōu)勢，應(yīng)將分屬各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行有效互通，為線路科學(xué)管理和決策提供有效支撐。

5 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)感知的智慧輸電線路運檢技術(shù)將是今后輸電線路運檢領(lǐng)域研究與應(yīng)用的主流趨勢。本文通過現(xiàn)場實例分析了智慧輸電線路中物聯(lián)網(wǎng)傳感器、在線監(jiān)測裝置、駐塔機器人和無人機等智能巡檢設(shè)備。通過該技術(shù)可實時在線監(jiān)測并感知線路各部件狀態(tài)，縮短故障處理及反應(yīng)時間，提高線路檢修質(zhì)量，降低人員勞動強度，有效提升線路本質(zhì)安全水平，相信在今后的電力生產(chǎn)中必將有著更廣闊的應(yīng)用前景。