程占濤

（山東廣大工程咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時期，社會對電力能源的需求逐漸增加，如何保證電力傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。而信息化和智能化技術(shù)的應(yīng)用，有助于推動電網(wǎng)朝現(xiàn)代化的方向發(fā)展。由此，研究高壓架空輸電線路與變電站監(jiān)測具有十分重要的意義。

1 高壓架空輸電線路視頻監(jiān)測系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)分析

高壓架空輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要是以傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過無線監(jiān)控裝置的設(shè)置，實現(xiàn)對線路危險點的全方位監(jiān)控。同時，可以檢驗線路的各種傳輸故障，如閃爍、舞動、二次回流及漏電等。電力企業(yè)根據(jù)監(jiān)控信息，即可確定故障類型，并予以針對性處理。以筆者所參與的項目為例，該輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分如下：一是輸電線路終端監(jiān)控裝置；二是線路監(jiān)控總站；三是智能屏幕；四是警報提示裝置；五是無線寬帶傳輸渠道；六是軟件系統(tǒng)；七是光纖通信渠道。接下來，對其硬件和內(nèi)部程序分別展開分析。

1.1.1 硬件設(shè)備

需要在監(jiān)測系統(tǒng)外部設(shè)置電路檢驗裝置，用于檢測線路中傳輸?shù)碾娏?。若線路電流傳輸無異常，則設(shè)備所檢測的信號會趨于穩(wěn)定，否則監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的信號會存在明顯的波動。在這個過程中，監(jiān)控中心的工作人員可將智能屏幕作為媒介，獲取監(jiān)控信號。此外，如果線路檢驗未發(fā)現(xiàn)異常，則監(jiān)控屏幕會同時顯示多個位置的監(jiān)控狀態(tài)；如果發(fā)現(xiàn)故障線路，則整個屏幕僅會顯示故障線路的監(jiān)控圖像。同時，警報終端會發(fā)出警報，提醒工作人員及時處理故障[1]。

1.1.2 內(nèi)部程序

依托計算機(jī)編程語言，完成對主體線路監(jiān)控模式的建立，具有信息接收功能。信息來源為外部監(jiān)控終端。若輸電線路的電流傳輸較為穩(wěn)定，則線路傳輸過程中設(shè)備會反饋穩(wěn)定的高壓和電流波，此時程序所執(zhí)行的命令為cycle，之后系統(tǒng)會正常監(jiān)控電力線路；若線路發(fā)生故障，系統(tǒng)會依托網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）網(wǎng)絡(luò)傳輸渠道，向監(jiān)控中心反饋故障信息，然后利用光纖大數(shù)據(jù)對信息加以記錄，并做出初步的分析診斷。通過故障瞬時性處理方式的運(yùn)用，可以有效控制故障影響范圍。以閃絡(luò)故障為例，閃絡(luò)定位裝置可以通過終端對線路閃絡(luò)問題進(jìn)行視頻監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上集中反饋引發(fā)此類故障的條件。

1.2 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完善，可以實現(xiàn)對高壓架空輸電線路的全方位監(jiān)測，有利于在第一時間發(fā)現(xiàn)和分析異常，降低故障的發(fā)生概率。同時，系統(tǒng)能通過對多種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，建立完整的傳輸模式，因此數(shù)據(jù)傳輸效率極高，并且利用程序化監(jiān)控裝置處理故障，能夠減少人工排查時間和強(qiáng)度，在減輕工作人員工作量的同時，節(jié)省成本[2]。

2 系統(tǒng)應(yīng)用實踐

2.1 布設(shè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在系統(tǒng)應(yīng)用階段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)尤為關(guān)鍵，屬于基礎(chǔ)內(nèi)容。以本項目為例，在對線路A 段監(jiān)控信息反饋時，各區(qū)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)需要將該線路和元件數(shù)量作為依據(jù)。之后，通過加權(quán)處理的方式，計算線路電壓傳輸總值，最后得到加權(quán)計算值。若該值的循環(huán)結(jié)果為1，則表明該區(qū)域的線路存在故障，此時需要檢測該段的全部線路；若結(jié)果輸出為0，則表明該段線路無故障。

2.2 線路監(jiān)控站運(yùn)行

線路監(jiān)控站屬于系統(tǒng)的核心，將高架線路設(shè)計作為依據(jù)，可將其分成多個區(qū)域，如絕緣子電壓傳感器、電流互感器、環(huán)境感應(yīng)裝置等。在終端對輸電信息進(jìn)行反饋后，監(jiān)控程序會基于反饋信息內(nèi)容的差別，向不同裝置傳輸信息，并以云空間平臺作為媒介實施監(jiān)控。若檢測到某個裝置故障，則會在第一時間內(nèi)發(fā)出警報，同時監(jiān)控系統(tǒng)會切斷故障線路，在限制故障波及范圍的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對故障線路的跟蹤處理。

此外，監(jiān)控站能夠依托大數(shù)據(jù)通道，對監(jiān)控信號做一系列的處理。以本項目為例，該區(qū)域有3 條高架主體數(shù)據(jù)傳輸通道，按照設(shè)定時間向檢測終端反饋信息，而終端在接收檢測信息后，會向視頻終端傳輸，由其直觀展示在工作人員眼前，時長為2 h。之后，新線路信號生成的視頻會覆蓋原有視頻，但原有視頻信號會以數(shù)字編碼的形式，保存于記錄空間。系統(tǒng)會以1 個月為周期，對比數(shù)據(jù)，判斷線路是否存在異常。由此可見，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高故障檢測效率和質(zhì)量大幅度。

2.3 信息傳輸

信息傳輸渠道較多，具體如下。對于IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸渠道，監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計過程中對計算機(jī)編程執(zhí)行命令加以運(yùn)用，故具有數(shù)據(jù)監(jiān)控傳輸?shù)奶攸c。其中，IP網(wǎng)絡(luò)傳輸渠道可以檢驗與合并信息，還可以傳輸小區(qū)域信息，屬于基礎(chǔ)信息傳輸方式。光纖和路由傳輸方式的應(yīng)用，可以保障信息傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，是對信息傳輸方式的補(bǔ)充[3]。

2.4 組建信息模式

在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，為使線路檢測結(jié)果的精確性和安全性得到保證，本項目狀態(tài)監(jiān)測代理裝置的通信程序設(shè)計由2 個部分構(gòu)成，分別為通信規(guī)約和通信軟件任務(wù)。以文章研究的監(jiān)控系統(tǒng)為例，代理裝置與主站之間相互通信時，對國家電網(wǎng)公司頒布的通信規(guī)約予以應(yīng)用，具體內(nèi)容包括傳輸數(shù)據(jù)時應(yīng)用二進(jìn)制字節(jié)，并在報文校驗的過程中對CRC16 算法加以利用[4]。

3 智能變電站繼電保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

相較于傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)裝置而言，智能繼電保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測變電站數(shù)據(jù)，同時具有識別關(guān)鍵信息的功能。

3.1 狀態(tài)監(jiān)測

3.1.1 監(jiān)測信息

智能設(shè)備的應(yīng)用可以實現(xiàn)對變電站繼電保護(hù)設(shè)備的全天候監(jiān)測，還可以生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。為最大限度實現(xiàn)設(shè)備價值，應(yīng)向計算機(jī)上傳設(shè)備數(shù)據(jù)，主要包括電源、自檢、光強(qiáng)、統(tǒng)計及溫度信息等。

3.1.2 信息傳輸方式

實際工程中，合并單元和智能終端所處的位置是過程層。在分析數(shù)據(jù)的過程中，監(jiān)測信息無法直接上傳，為使數(shù)據(jù)實時傳輸，通常會采取有效的方式，達(dá)成數(shù)據(jù)實時上傳和監(jiān)測的目標(biāo)。

（1）依托測控裝置完成數(shù)據(jù)發(fā)送。監(jiān)測信息會以面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）為媒介，向測控裝置發(fā)送報文，之后由該裝置向監(jiān)測系統(tǒng)上報數(shù)據(jù)。（2）利用網(wǎng)絡(luò)分析儀。在監(jiān)測階段，該裝置可以捕捉具有價值的信息，并予以分析，在此基礎(chǔ)上，依托終端發(fā)送數(shù)據(jù)。在實踐階段，通常會綜合利用上述傳輸方式，若信息要求較低，可利用周期長的過程，反之則加快信息傳輸速度。

3.2 二次回路在線監(jiān)測

3.2.1 物理鏈路

依據(jù)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站的結(jié)構(gòu)主要被分為3 層，分別為站控層、間隔層以及過程層，同時借助GOOESE 和制造報文規(guī)范（Manufacturing Message Specification，MMS）傳輸與共享變電站內(nèi)部設(shè)備的信息。接下來，對二次回路在線檢測系統(tǒng)的物理鏈路加以分析，具體內(nèi)容如下。

物理鏈路的通信在線監(jiān)測需要明確拓?fù)湫畔?。即使采取差異化的通信方式，智能變電站保護(hù)系統(tǒng)需要采取合理的方式，保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性[4]。如果電源存在異常，則光纖網(wǎng)絡(luò)通信無法正常運(yùn)行；如果接口插件出現(xiàn)異常，則光纖網(wǎng)絡(luò)通信也存在異常；如果某個光纖接口存在異常，則該光纖接口通信同樣會發(fā)生異常。

在整個光纖鏈路中，接收方具有監(jiān)視能力，若光纖鏈路發(fā)生異常，則接收方無法獲取數(shù)據(jù)信息。在此基礎(chǔ)上，即可準(zhǔn)確判斷故障是否發(fā)生，但無法定位故障位置。

3.2.2 邏輯鏈路

智能變電站所遵循的標(biāo)準(zhǔn)為IEC 61850，而SCD文件則會在系統(tǒng)配置后自動生成，用于描述整個變電站所有設(shè)備的信息。在系統(tǒng)配置工具中導(dǎo)入SCD文件，便可建立智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）實例，同時完成地址分配和數(shù)據(jù)配置的相互關(guān)聯(lián)。在該過程中，邏輯節(jié)點還會綁定一次設(shè)備。故在SCD文件中，存在與智能變電站運(yùn)行安全有關(guān)的信息，分別為設(shè)備模型、功能、產(chǎn)品視圖以及數(shù)據(jù)流等。

智能變電站二次回路的流程較多，具體如圖1所示。一是將SCD 文件轉(zhuǎn)化為被系統(tǒng)識別的文件；二是解析文件，在發(fā)送文件的同時接收文件；三是剖析數(shù)據(jù)。在文件配置的過程中，所采用的機(jī)制為循環(huán)冗余校驗。該機(jī)制的應(yīng)用，可以保證內(nèi)容的完整性，但無法判定配置文件是否準(zhǔn)確。智能變電站在線監(jiān)測模式的運(yùn)行過程中，物理鏈路、網(wǎng)絡(luò)通信會同時發(fā)揮作用，保證配置文件和SCD 文件一致性[5]。在SV 實施數(shù)據(jù)交換的階段，可以將物理地址（Media Access Control，MAC）和AppID 作為媒介，其中AppID 屬于COM 下的一個子鍵，可以判斷報文中信息是否為自己所需。完成對信息的識別，同時體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。

圖1 二次回路流程

4 結(jié) 論

高壓架空輸電線路相較于普通輸電線路而言，其運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，檢修難度大，故應(yīng)用傳統(tǒng)監(jiān)測和檢修方式會浪費大量人力資源，增加成本，且監(jiān)測效率和質(zhì)量難以得到保證?；诖耍恼聦Ω邏杭芸蛰旊娋€路視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以展示輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有警報和自動檢修功能，應(yīng)用效果極為顯著。此外，針對智能變電站二次回路，設(shè)計間隔二次回路可視化監(jiān)測系統(tǒng)，以此保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。