黃 焰，王亮星

（智方設(shè)計股份有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430000）

1 智慧輸電線路發(fā)展的必然性

1.1 建設(shè)智慧輸電線路是保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的必然要求

隨著電力系統(tǒng)特高壓網(wǎng)絡(luò)的快速建成投運(yùn)，“弱交強(qiáng)直”的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來巨大壓力，且輸電線路線長面廣，通道環(huán)境日益復(fù)雜，遭受雷電、山火、風(fēng)災(zāi)、覆冰、舞動、地質(zhì)災(zāi)害等自然環(huán)境影響和外部環(huán)境破壞影響，電網(wǎng)停電風(fēng)險始終存在；同時城市電纜化率在不斷提升，不同電壓等級的電力電纜線路在同一通道敷設(shè)的情況逐步增多，火災(zāi)、外破等導(dǎo)致通道斷面喪失事件尤為突出。通過構(gòu)建智慧輸電線路，對輸電線路運(yùn)行狀態(tài)實現(xiàn)在線監(jiān)控，是提升輸電線路抗災(zāi)能力、降低大面積停電風(fēng)險、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必然要求[1]。

1.2 建設(shè)智慧輸電線路是實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)檢提質(zhì)增效的必然趨勢

近年來，輸電線路設(shè)備規(guī)模日趨增加，年均增長率超過5%（電纜年均超過10%），輸電運(yùn)維檢修類專業(yè)技術(shù)人才儲備嚴(yán)重不足，結(jié)構(gòu)性缺員問題日益突出，運(yùn)行效率和檢修質(zhì)量提升緩慢。在輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境日趨復(fù)雜嚴(yán)峻，全社會對供電可靠性和體驗要求越來越高，內(nèi)部專業(yè)管理更趨精益求精的背景下，加快構(gòu)建智慧輸電運(yùn)檢體系，實現(xiàn)輸電專業(yè)管理的轉(zhuǎn)型提升，是應(yīng)對電網(wǎng)迅猛發(fā)展，實現(xiàn)運(yùn)檢提質(zhì)增效的必然趨勢[2]。

1.3 建設(shè)智慧輸電線路是助推世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)的有效手段

近年來，電網(wǎng)智能運(yùn)檢管控體系建設(shè)速度加快，不同單位運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)參差不齊，后臺處理數(shù)據(jù)龐大，缺乏統(tǒng)一規(guī)范管理，信息數(shù)據(jù)的歸類和價值難以體現(xiàn)。建設(shè)智慧輸電線路，核心就是要統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)輸電全景智慧平臺，增強(qiáng)各類輸電專業(yè)數(shù)據(jù)的集約化和規(guī)范化管理，打通系統(tǒng)壁壘、強(qiáng)化不同系統(tǒng)信息融合互通，實現(xiàn)全息互聯(lián)，并進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的價值，提升運(yùn)行信息實時感知、電網(wǎng)自主預(yù)警及智慧決策能力，實現(xiàn)與政府相關(guān)部門、上下游企業(yè)間資源有效共享，構(gòu)建輸電共享生態(tài)圈，有力助推公司世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)[3]。

2 建設(shè)智慧輸電線路的措施

隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行提到了更高的高度，要求實時把握輸電線路設(shè)備的狀態(tài)信息，實現(xiàn)電網(wǎng)高可靠、高安全、高效率的透明可視運(yùn)行。項目線路、設(shè)備在南方高溫高濕惡劣的自然環(huán)境下運(yùn)行，異常天氣情況較多，線路巡檢和狀態(tài)監(jiān)測工作日益繁重，出現(xiàn)冰災(zāi)、臺風(fēng)等異常狀況的風(fēng)險逐步增大，目前靠人工為主的常規(guī)監(jiān)測手段已無法滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下電網(wǎng)的防災(zāi)減災(zāi)要求，亟需一種實時性高、監(jiān)測范圍廣、周期短、效率高且成本低的綜合監(jiān)測預(yù)警手段，高效可靠獲取電網(wǎng)設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化、信息化運(yùn)檢工作向“自主、智能驅(qū)動”的轉(zhuǎn)變。

2.1 加裝分布式故障監(jiān)測裝置

結(jié)合調(diào)度錄波動作信息，“可視化”裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場無人機(jī)巡視信息，建立基于多信息源的輸電線路故障原因綜合診斷模型，實現(xiàn)故障原因的精確分析，大幅縮短故障原因診斷時間，通過人工智能平臺迅速判斷故障影響范圍并提供后續(xù)處理方案和決策建議[4]。

分布式故障定位裝置分布安裝于輸電線路的導(dǎo)線上，實時監(jiān)測線路故障發(fā)生時刻的行波電流、工頻故障電流和諧波電流，采集信號并上傳至數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心對相關(guān)故障信息進(jìn)行診斷分析，將上傳信息和診斷結(jié)果存庫保存并傳輸至運(yùn)檢管控中心，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 分布式故障定位裝置系統(tǒng)構(gòu)架

2.2 加裝舞動監(jiān)測裝置

依托基于加速度傳感的導(dǎo)線舞動監(jiān)測終端和基于北斗差分高精度定位的智能間隔棒，建立二級及以上舞動區(qū)域監(jiān)測體系，對導(dǎo)線運(yùn)行狀態(tài)及其周圍的微氣象信息進(jìn)行監(jiān)測，實時獲取導(dǎo)線的舞動、振動等參數(shù)。

通過將舞動監(jiān)測裝置可靠連接在導(dǎo)線上，實現(xiàn)與導(dǎo)線的相對固定。通過內(nèi)置的MEMS加速度計并根據(jù)舞動特征合理設(shè)置邊界條件，實現(xiàn)振動狀態(tài)高精度監(jiān)測算法。通過短時積分算法和快速傅里葉變換，提高舞動幅頻特性計算精度、可靠性及準(zhǔn)確度。配合舞動預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)線路中塔——線體系的立體化、精準(zhǔn)化監(jiān)測，構(gòu)建完善的輸電線路監(jiān)測體系。

2.3 加裝山火紅外在線監(jiān)測設(shè)備

建構(gòu)集山火監(jiān)測和山火預(yù)測于一體的山火災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)平臺，推廣輸電線路山火監(jiān)測預(yù)警接入管控平臺信息模塊，完善電網(wǎng)山火監(jiān)測預(yù)警信息發(fā)布與反饋機(jī)制，提升山火災(zāi)害綜合智能監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)體系。

設(shè)備采用光電復(fù)合重疊測溫技術(shù)，由于煙霧顆粒子的作用，使發(fā)光元器件發(fā)射的光產(chǎn)生漫反射，這種散射光被受光元器件接受，使受光元器件阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流，將煙霧信號轉(zhuǎn)變成電信號。運(yùn)用特殊的光學(xué)振動腔使檢測距離更遠(yuǎn)。光敏元器件接收煙霧粒對紅外脈沖光的散射信號，并利用半導(dǎo)體感溫元器件檢測溫度變化，經(jīng)火險探測算法處理后輸出相應(yīng)的報警信號。這種探測器不僅保留了普通光電煙霧探測陰燃火的探測靈敏度，而且克服了普通光電煙霧探測器不能響應(yīng)帶溫升的黑煙火的致命缺點，同時探測器還具有利用火險控測算法處理傳感信號，產(chǎn)生多級報警和傳感器與控制器通信等智能化功能。

2.4 加裝綜合覆冰監(jiān)測裝置

通過在線監(jiān)測垂直擋距內(nèi)絕緣子的綜合荷載(包括導(dǎo)線重量、絕緣子串重量、金具重量、冰荷載和風(fēng)荷載)、絕緣子傾斜角度，為覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的覆冰厚度的數(shù)學(xué)模型提供測量參數(shù)。主站監(jiān)控系統(tǒng)通過風(fēng)荷載數(shù)學(xué)模型、導(dǎo)線等值覆冰厚度的數(shù)學(xué)模型等就可計算出導(dǎo)線等值覆冰厚度及其變化情況；運(yùn)用趨勢分析算法導(dǎo)線覆冰生長預(yù)測模型為用戶提供預(yù)警和報警。

2.5 加裝地質(zhì)災(zāi)害北斗監(jiān)測設(shè)備

基于北斗差分高精度定位，在鐵塔上安裝地質(zhì)災(zāi)害北斗監(jiān)測設(shè)備，數(shù)據(jù)接入地質(zhì)災(zāi)害北斗監(jiān)測系統(tǒng)。

地質(zhì)災(zāi)害自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要由監(jiān)測相關(guān)參數(shù)的集成化監(jiān)測站設(shè)備、現(xiàn)代通信傳輸系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)網(wǎng)配合、大數(shù)據(jù)匯集平臺與云計算的監(jiān)測、多種多樣的用戶終端信息設(shè)備及應(yīng)用軟件等主要部分組成。

2.6 加裝圖像監(jiān)拍裝置

通過多種傳輸方式，實時傳輸視頻信號給后臺，使線路運(yùn)檢人員不需親臨現(xiàn)場即可全方位巡視線路運(yùn)行環(huán)境狀況，對絕緣子串、導(dǎo)線(金具、弧垂)、地線(金具、地線支架)、鐵塔(本體及相鄰桿塔)、基礎(chǔ)等進(jìn)行全方位無盲點監(jiān)視。可以讓運(yùn)行維護(hù)人員及時地發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線覆冰、風(fēng)偏、舞動、是否懸掛異物、違章攀爬、危險施工、鳥害以及塔材被盜等因素引起的事故隱患，有效提高了輸電線路的監(jiān)測巡視及故障清理的效率。

通道可視化監(jiān)控裝置，主要針對輸電線路的防外破塔基、惡劣的冰、風(fēng)災(zāi)氣候、施工現(xiàn)場超高車輛和器具作業(yè)、車輛穿越架空線路監(jiān)控而設(shè)計的系統(tǒng)。輸電線路通道可視化圖像監(jiān)測系統(tǒng)利用運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)將監(jiān)控站點定時拍攝高清圖像、報警圖片上傳到監(jiān)控平臺，主站側(cè)可根據(jù)需要，對前方站點進(jìn)行圖像抓拍，通過回傳的圖片隨時了解監(jiān)控現(xiàn)場情況；也可以讓輸電線路通道可視化監(jiān)控系統(tǒng)定時在每天的某個時間段向監(jiān)控中心發(fā)送圖片，實現(xiàn)對前端輸電線路防外破圖像監(jiān)測。

2.7 加裝異常狀態(tài)智能監(jiān)測裝置

異常狀態(tài)智能監(jiān)測裝置是一種集缺陷監(jiān)測、辨識、預(yù)警為一體的缺陷監(jiān)測系統(tǒng)，可對線路的缺陷放電進(jìn)行自動辨識及預(yù)警，將可能會發(fā)生的故障防患于未然，對降低運(yùn)行維護(hù)強(qiáng)度、提高輸電線路穩(wěn)定安全運(yùn)行水平具有重要意義。

輸電線路運(yùn)行過程中，除容易遭受雷擊、風(fēng)偏、冰災(zāi)、舞動和漂浮物等突發(fā)故障外，也存在大量“可預(yù)防”的潛在風(fēng)險，如絕緣子防污性能失效、金具磨損斷裂、植被、覆冰等，這些運(yùn)行異常放電如不能及時處理，將給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的安全風(fēng)險。

（1）絕緣子污穢異常放電預(yù)警：對于跨越污染區(qū)的輸電線路，能夠?qū)崟r監(jiān)測并定位線路上的污穢絕緣子，記錄絕緣子的污穢等級，提示運(yùn)維人員進(jìn)行處理，防止絕緣子污穢閃絡(luò)導(dǎo)致的線路跳閘。

（2）絕緣子劣化異常放電預(yù)警：對于大量安裝有復(fù)合絕緣子，存在絕緣子老化現(xiàn)象的輸電線路，能夠監(jiān)測并定位存在劣化放電的絕緣子，防止復(fù)合絕緣子斷裂故障。

（3）樹障放電異常放電預(yù)警：對于跨越植被茂密生長區(qū)的輸電線路，能夠?qū)崟r監(jiān)測線路走廊是否存在超高植被，并定位植被異常放電點，預(yù)防觸樹事故的發(fā)生。

（4）金具浮放電異常放電預(yù)警：對于設(shè)備老化嚴(yán)重的輸電線路，能夠?qū)崟r監(jiān)測并定位線路上的異常放電金具，提示運(yùn)維人員進(jìn)行排查，預(yù)防金具斷裂、脫落事故的發(fā)生。

（5）線路覆冰異常放電預(yù)警：對于冬季容易發(fā)生覆冰的輸電線路，能夠監(jiān)測全線絕緣子的覆冰放電情況，便于運(yùn)維人員及時開展融冰，預(yù)防冰閃跳閘的發(fā)生。

2.8 線路通道三維建模

線路通道三維建模是對高壓輸電線路開展三維激光掃描巡檢，從架空導(dǎo)線、架空地線、鐵塔、絕緣子、金具、附屬安裝設(shè)施和線路通道環(huán)境的空間信息實施三維激光掃描，處理成線路通道內(nèi)的高精度三維激光點云、可見光視頻影像和紅外影像[5]。

通過將線路走廊的激光點云數(shù)據(jù)和DEM融合，可以真實再現(xiàn)輸電線路三維運(yùn)行場景，用于輸電線路可視化管理。構(gòu)建的點云三維數(shù)據(jù)模型以及地表DEM部署在三維可視化系統(tǒng)中，不僅具備線路設(shè)備查詢定位、危險點管理查詢統(tǒng)計、點云空間量測等基本功能，還可以實現(xiàn)對線路走廊和所有缺陷、交跨信息的定位、查詢和量測功能，為后續(xù)跟其他臺賬管理信息進(jìn)行對接做好準(zhǔn)備。

在線路通道三維建?；A(chǔ)上，可實現(xiàn)全視角協(xié)同自主巡檢。利用無人機(jī)、直升機(jī)搭載高清光學(xué)相機(jī)對架空輸電線路通道和設(shè)備（特別是桿塔橫擔(dān)及以上部分）進(jìn)行精細(xì)拍照掃描巡檢，搭載高精度紅外成像儀對導(dǎo)線、金具、絕緣子等設(shè)備進(jìn)行溫度測量記錄，搭載激光雷達(dá)對線路通道進(jìn)行三維立體掃描建模、樹障及交跨測距[6]。利用人工智能AI技術(shù)、邊緣計算等技術(shù)在前端邊緣對電力設(shè)備和通道進(jìn)行提前識別，根據(jù)識別結(jié)果對線路進(jìn)行精細(xì)巡檢；對精細(xì)采集的影像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在本地儲存和智能識別，實現(xiàn)輸電設(shè)備及線路通道缺陷和隱患檢測。利用搭載的檢測類傳感器采集各類設(shè)備溫度、交跨距離等狀態(tài)量，通過邊緣計算實現(xiàn)線路狀態(tài)的全方位實時數(shù)據(jù)和分析預(yù)測。當(dāng)狀態(tài)數(shù)據(jù)量異常時，匯聚節(jié)點或接入節(jié)點主動調(diào)用平臺相關(guān)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)橫向和縱向分析；調(diào)用同類設(shè)備信息，進(jìn)行橫向比較；連同關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加工，實現(xiàn)輸電通道的三維建模、樹障和交跨檢測等應(yīng)用，實現(xiàn)線路狀態(tài)的自主快速感知和預(yù)警。

2.9 無人機(jī)自動集群巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)自動集群巡檢系統(tǒng)主要由移動飛巡專用作業(yè)車及配套車載智能組件、高精度自主飛巡無人機(jī)、智慧巡檢機(jī)群作業(yè)控制中心、智慧巡檢機(jī)群云控制平臺和輸電線路智能運(yùn)檢管控平臺等系列產(chǎn)品構(gòu)成，實現(xiàn)在精準(zhǔn)時空下任意管轄線路段的自主化長距離飛巡、數(shù)據(jù)智能分析處理和電網(wǎng)資源及設(shè)備全生命周期管理，覆蓋了架空輸電線路智能運(yùn)檢全過程，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備精益化管控水平質(zhì)的飛躍。

2.10 輸電全景智慧平臺

輸電全景智慧平臺通過接入線路設(shè)備狀態(tài)、通道環(huán)境以及巡檢信息等海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，基于輸電全景感知數(shù)據(jù)進(jìn)行線路運(yùn)行綜合風(fēng)險預(yù)警以及故障診斷的深入應(yīng)用，實現(xiàn)對線路走廊全線的運(yùn)維及災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警情況的全面整體掌握，提升線路智能運(yùn)檢水平，確保線路安全穩(wěn)定運(yùn)行[7]。輸電全景智慧平臺系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 輸電全景智慧平臺系統(tǒng)構(gòu)架

3 結(jié) 論

智慧輸電線路是以堅強(qiáng)輸電本體設(shè)備為基礎(chǔ)，應(yīng)用綜合監(jiān)測傳感分析、信息通信、人工智能、大數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)共享管理全局化，運(yùn)行狀態(tài)實時透明化、診斷檢修決策智慧化和設(shè)備修復(fù)高效化，具有本體堅強(qiáng)、實時監(jiān)控、全位互聯(lián)、自主預(yù)警、智能處理特征的輸電線路。通過加裝智能監(jiān)測裝置，對輸電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)測，實時掌控輸電設(shè)備的運(yùn)行工況，實現(xiàn)輸電設(shè)備的安全預(yù)警，保證設(shè)備正常發(fā)揮監(jiān)測、監(jiān)控的功能，提高線路運(yùn)行的水平，保證電網(wǎng)供電的可靠性，具有多方面綜合的經(jīng)濟(jì)效益。