智能电网输电线路状态在线监测系统.docx

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智能电网输电线路状态在线监测系统

智能电网·高压输电线路状态在线监测系统

一系统简介

随着国家电力建设的发展，电网规模不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多，输电线路的巡检和维护越来越表现出分散性大、距离长、难度高等特点。

因此对输电线路本体、周边环境以及气象参数的智能化远程监测成为智能电网改造的重要工作。

输电线路在线监测系统是智能电网输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。

STC_OLMS系列输电线路状态在线监测系统电子测量、无线通讯、太阳能新能源技术及软件技术等实现对导线覆冰、导线温度、导线弧垂、导线微风振动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜、杆塔振动、杆塔基础滑移、绝缘子污秽、环境气象、图像（视频）、杆塔塔材被盗等状况的实时在线监测，预防电力线路重大事故灾害的发生。

系统采用模块化设计，可以独立使用，也可自由组合，功能模块组合如下图所示：

二技术标准

1、Q/GDW242-2010《输电线路状态监测装置通用技术规范》

2、Q/GDW243-2010《输电线路气象监测装置技术规范》

3、Q/GDW244-2010《输电线路导线温度监测装置技术规范》

4、Q/GDW245-2010《输电线路微风振动监测装置技术规范》

5、Q/GDW554-2010《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》

6、Q/GDW555-2010《输电线路导线舞动监测装置技术规范》

7、Q/GDW556-2010《输电线路导线弧垂监测装置技术规范》

8、Q/GDW557-2010《输电线路风偏监测装置技术规范》

9、Q/GDW558-2010《输电线路现场污秽度监测装置技术规范》

10、Q/GDW559-2010《输电线路杆塔倾斜监测装置技术规范》

11、Q/GDW560-2010《输电线路图像视频监测装置技术规范》

12、Q/GDW561-2010《输变电设备状态监测系统技术导则》

13、Q/GDW562-2010《输变电状态监测主站系统数据通信协议》

14、Q/GDW562-2010《输电线路状态监测代理技术规范》

15、GB191包装储运图示标志

16、GB2314电力金具通用技术条件

17、GB2887—2000电子计算机场地通用规范

18、GB4208—93外壳防护等级（IP代码）

19、GB6388运输包装图示标志

20、GB9361计算站场地安全要求

21、GB9969.1工业产品使用说明书　总则

22、GB11463—89电子测量仪器可靠性试验

23、GB12632—1990单晶硅太阳电池总规范

24、GB50545－2010110kV～750kV架空输电线路设计规范

25、GB/T2317.2—2000电力金具电晕和无线电干扰试验

26、GB/T2423.1—2001电工电子产品环境试验　第2部分：

试验方法　试验A：

低温

27、GB/T2423.2—2001电工电子产品环境试验　第2部分：

试验方法　试验A：

高温

28、GB/T2423.4—1993　电工电子产品基本环境试验规程　试验Db：

　交变湿热试验方法

29、GB/T2423.10—1995　电工电子产品环境试验　第二部分：

试验方法　试验Fc和导则：

振动（正弦）

30、GB/T3797－2005电气控制设备

31、GB/T3859.2－1993半导体变流器应用导则

32、GB/T3873－1983通信设备产品包装通用技术条件

33、GB/T6587.6—86　电子测量仪器运输试验

34、GB/T6593　电子测量仪器质量检验规则

35、GB/T7027－2002信息分类和编码的基本原则与方法

36、GB/T9535－1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型

37、GB/T14436　工业产品保证文件总则

38、GB/T15464　仪器仪表包装通用技术规范

39、GB/T16611—1996数传电台通用规范

40、GB/T16723－1996信息技术提供OSI无连接方式运输服务的协议

41、GB/T16927.1高电压试验技术第一部分：

一般试验要求

42、GB/T17179.1－2008提供无连接方式网络服务的协议第1部分：

协议规范

43、GB/T17626.2—1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

44、GB/T17626.3—1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

45、GB/T17626.8—1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验

46、GB/T17626.9—1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验

47、GB/T19064－2003家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法

48、QX/T1—2000Ⅱ型自动气象站

49、YD/T799—1996通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法

50、DL/T548电力系统通信站防雷运行管理规程

51、DL/T741—2010架空送电线路运行规程

52、DL/T5154—2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定

53、DL/T5219—2005架空送电线路基础设计技术规定

54、QJ/T815.2－1994产品公路运输加速模拟试验方法

三、系统电源及通讯

1、监测装置电源实现

（1）监测装置采用太阳能对蓄电池浮充的方式进行供电，对日照照射相对较弱地区也可同时采用太阳能及风能对蓄电池进行充电的方式进行供电。

监测装置安装于铁塔上，安装较为困难，因此减小设备体积及重量成为监测装置设计首要考虑的因素。

监测装置采用超低功耗技术，装置待机电流保持在20mA（12V）以内，因此在同等容量电源条件下，装置可连续运行时间比其他产品长30%以上。

正常情况下数据采集装置配置12V33AH电池即可连续运行30天以上，且具备体积小、重量轻的特点，有利于现场安装。

监测装置选用硅能绿色环保电池作为储能系统，该电池相比铅酸及其他类型电池系统具备以下优点：

●储备容量高，达到国际要求的2倍。

●充电接受能力强，达到国际要求的3倍。

●大电流放电效率高，可高倍率放电，30C放电8S内电池不损伤。

●自放电小，年自放电率小于2%。

●充放电无记忆（次数）。

●能耐高温及高寒，可以在-50～+70℃范围内使用。

●绿色环保，该产品采用复合硅盐电解质取代硫酸，无污染，电池极板亦可再生使用。

●循环使用寿命长，户外监测装置可使用5～10年。

（2）安装在导线上的监测装置采用以下两种方式进行供电：

A、特种高能电池：

采用进口特种高能电池进行供电，体积小、重量轻、耐高低温，使用寿命达8年以上。

B、感应取能对蓄电池充电：

采用高能感应线圈取电及对蓄电池进行浮充的方式进行供电，取电效率高、通讯模块可实时在线。

2、监测装置通讯技术

（1）数据采集单元（导线温度、导线舞动、导线张力、导线弧垂等）与塔上监测装置之间采用RF、Zigbee、WIFI等方式进行通讯，通讯距离1～3KM。

（2）塔上监测装置与CMA（状态监测代理）之间采用RJ45、RF、Zigbee、WIFI等方式进行通讯。

（3）CMA或集成有CMA功能的监测装置与CAG（状态信息接入网关机）之间采用OPGW、WIFI、GPRS/CDMA/3G、卫星等方式进行通讯。

具备光纤接入条件杆塔上的监测装置，采用光端机将杆塔上的的数据传输至中心CAG，实现数据落地；不具备光纤接入条件杆塔上的监测装置通过无线（WIFI）网络将各监测装置数据汇总至有光纤接入杆塔上的监测装置，利用光交换机将无线监测装置数据传输至中心CAG；

3、监测装置工作条件

（1）工作温度：

－40℃～+70℃；

（2）环境温度：

－40℃～+50℃；

（3）相对湿度：

5％RH～100％RH；

（4）海拔高度：

≤4000m；

（5）大气压力：

500hPa～1100hPa；

（6）风速：

≤75米/秒；

（7）防护等级：

IP66；

（8）振动峰值加速度：

10m/s2

（9）电池电压：

DC12V；

四、主要功能模块

1、输电线路微气象监测

复杂地形的输电线路，往往几百千米甚至几百千米内，山岭纵横、海拔高程悬殊，气象变化显着，小气候特点十分突出，邻近气象台站的观测记录，不能满足微地形地段线路的设计、维护需求。

对微地形、微气象的认识不足，对沿线风口、峡谷、分水岭等高山局部特殊地段的气象资料掌握不够,是近年来我国电网主干线500（330、220、110）kV线路频频发生倒塔、断线事故的主要原因。

微气象监测系装置主要监测电力通道内的环境温、湿度、风向等气象参数，经过大量的数据积累，可应用采集气象参数为线路规划设计提供依据，为线路维修、维护提供参考。

监测参数：

温度、湿度、风速、风向、雨量和大气压、日照；

参数技术指标：

●温度监测范围：

-50～120℃；

精度：

±0.2℃；

分辨率：

0.1℃

●湿度监测范围：

1%～100%，

精度：

±4%RH；

分辨率：

1%RH

●风速测量范围：

0m/s～60m/s；

精度：

±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；

分辨率：

0.1m/s；

起动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

●风向测量范围：

0°～360°；

测量精度：

±2°；

分辨率：

0.1°；

启动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

●雨量测量范围：

0～4mm/min；

分辨力：

0.2mm；

准确度：

±0.4mm（≤10mm时）；±4％（＞10mm时）。

2、输电线路覆冰预警监测

覆冰事故在世界范围内都是冬季输电线路常见事故，事故破坏力大、波及面广、损失惨重。

轻则导致绝缘子串冰闪跳闸、相间闪络跳闸和导线大幅舞动等可恢复供电周期较短的重大事故，重则导致杆塔倾斜甚至倒塌、线路金具严重损坏和导线脆断接地等可恢复供电周期较长的特大事故。

输电线路覆冰在线监测通过全天候采集运行状态下输电线路的绝缘子串拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、风速、风向、温度、湿度等特征参数，将数据信息实时传输到分析处理中心，通过智能分析计算导线覆冰厚度。

相关部门根据线路荷载、覆冰厚度及周边气象环境，结合视频监测系统拍回的现场图片，直观地了解线路的覆冰状况，决定是否需要实施预防措施。

监测参数：

绝缘子串拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、环境温度、湿度、风速、风向、图像等；

参数技术指标：

●拉力传感器量程：

7t、10t、16t、21t、32t、42t、55t（根据实际需要定制）；

●拉力传感器测量范围：

2％～100％FS（线性工作区间）；

●拉力传感器准确度级别（FS）：

0.2及以上；

●拉力传感器技术指标：

分度数n≥500；

回零误差

（％FS）：

≤±0.1；

示值误差

（％FS）：

≤±0.2；

重复性

（％FS）：

≤±0.2；

滞后

（％FS）：

≤±0.3；

长期稳定性

（％FS）：

≤±0.2；

●倾角测量角度范围：

双轴≤±90°；

●倾角测量精度：

≤±0.1°；

●倾角测量分辨率：

±0.01°；

●温度监测范围：

-50～120℃；精度：

±0.3℃；分辨率：

0.1℃；

●湿度监测范围：

1%～100%，精度：

±4%RH；分辨率：

1%RH；

●风速测量范围：

0m/s～60m/s；

精度：

±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；

分辨率：

0.1m/s；

起动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s；

●风向测量范围：

0°～360°；

测量精度：

±2°；

分辨率：

0.1°；

启动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

覆冰分析软件

3、输电线路图像/视频监控

输电线路巡检和维护分散性大、距离长、难度高的特点，迫切需要一种简便、有效的监控、监测手段对输电线路周边状况及环境参数进行多目标、全天候监测，使输电线路运行于可视可控之中。

输电线路图像、视频监控系统采用先进的数字视频压缩技术、远距离GPRS/CDMA/3G无线通讯技术、新能源及低功耗应用技术、软件技术及网络技术将电力杆塔、导线现场的图像、气象信息经过压缩、分组后通过GPRS/CDMA等无线网络传输到监控中心，从而实现对输电线路周边环境及环境参数的全天候监测，使线路管理人员在中央监控室也可看到杆塔现场信息，将事故消灭在隐患状态，大大提高线路安全运行水平，为输电线路的巡视及状态检修提供了一条新的思路。

同时，大大节省了现场人力巡检的人力、物力。

系统主要用途：

●覆冰区导线、地线、塔体覆冰状况观测

●跨江、河、山等大跨越区监测

●易滑坡、塌方区监测

●线路周围建筑施工等易受人为外力破坏区监测

●导线、塔体、绝缘子串、线夹、防震锤等部件异常监测

●通道内树木、竹等易生长物监测

●山川、河流等人员不易到达区巡视

●偏远地区变电站监视

监测参数：

照片/视频；

参数技术指标：

●摄像机：

传感器芯片：

SONYCCD；

像素数：

≥704（H）X576（V）；

最低照度：

≤0.01Lux；

变焦率：

≥光学18倍；

●云台：

预置位数量：

≥128；

水平旋转角度：

0°～355°；

俯仰角度:

0°～90°；

●图像格式：

Jpeg；

●视频格式：

H.264/mpeg4；

●远程调节：

焦距、光圈、景深、云台预置位、大小、色度、对比度；

●具有专利防雨、雪、污机构，确保任何情况下拍摄照片清晰；

现场拍摄图片

4、输电线路导线温度监测及动态增容系统

近年来，我国经济的持续快速增长，导致了电网规划建设滞后和输电能力不足的问题日益突出，加剧了电网和电源发展的不协调矛盾，带来了一系列问题。

一些输电线路受到输送容量热稳定限额的限制，已严重制约系统内输电线路的输送容量，极大地影响了电网供电能力。

而受输电走廊征用困难以及环境保护等因素制约，建设新的输电线路投资大，建设周期长，征地开辟新的线路走廊难度高。

因此，如何提高现有架空输电线路单位走廊的输送容量，最大限度地提高现有输电线路的传输能力，已成为确保电网安全、经济、可靠运行的一个迫在眉睫的突出问题。

输电线路常年运行在户外，受外界环境腐蚀、老化、振动等因素，导致导线接头、线夹等部位容易发热。

电力部门采用定期巡视测温、特巡测温等方式获取导线易发热点部位温度，但由于周期性漏失或不能及时反映导线的温升情况进行预警，导致导线温升过高造成大量的电力事故。

导线温度在线监测系统实时监测输电线路导线温度、导线电流、日照、风速、风向、环境温度等参数。

系统主要由测温单元、塔上监测装置、通讯基站和分析查询系统四部分组成。

其中体积小、重量轻的测温单元安装在输电线路导线或金具上，实时采集导线及金具温度，并通过Zigbee或RF射频模块将数据无线上传至铁塔上的监测装置。

监测装置同时对本塔所在微气象区的日照、风速、风向、环境温度等参数进行实时采集，将所有数据通过SMS/GPRS/CDMA1X等通讯方式将数据传往监测中心，当各温度监测点温度超过预设值时即刻启动报警。

输电线路动态增容是在充分利用现有输电设施、通道状况的基础上，引入输电线路在线监测与计算分析工具，根据实际气象环境、设备数据，如环境温度、风速、风向、日照以及导线型号、导线发射率、导线吸收率、导线最高温度阻值等详细的导线数据，计算输电线路当前的稳态输送容量限额，为调度和运行提供方便及有效的分析手段，通过导线温度在线监测进行实时增容，有效发挥输电线路的输送能力。

载流量计算公式：

式中，θ为导线的载流温升；

ta为环境温度；

V为风速；

Is为日光对导线的日照强度；

D为导线外径；

ε为导线表面的辐射系数（光亮新线为0.23~0.46，发黑旧线为0.90~0.95）；

αs为导线吸热系数（光亮新线为0.23~0.46，发黑旧线为0.90~0.95）；S为史蒂芬-玻尔茨曼常数5.67×10-8W/m2；kt为t℃时的交直流电阻比；Rdt为t℃时的直流电阻率。

导线弧垂计算：

最低点弧垂

为：

其中，

：

导线上竖向所受载荷集度（

）

：

主杆塔对应的等效档距，可由悬点不等高时等效计算公式求得；

：

主杆塔对应的等效弧垂。

监测参数：

导线温度、环境温度、风速、风向、日照；

参数技术指标：

●导线温度采集单元质量：

小于2.5kg；

●单套温度采集单元外接温度传感器数量：

2路；

●导线温度传感器:

铂电阻/光纤；

●导线温度测量范围：

-50℃～+300℃；

●测量精度：

大于±0.5℃；

●采集方式：

接触式测温；

●通信方式：

WIFI/Zigbee；

●电源：

高能电池或导线感应取电，寿命大于8年；

●温度监测范围：

-50～120℃；精度：

±0.3℃；分辨率：

0.1℃

●湿度监测范围：

1%～100%，精度：

±4%RH；分辨率：

1%RH

●风速测量范围：

0m/s～60m/s；

精度：

±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；

分辨率：

0.1m/s；

起动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

●风向测量范围：

0°～360°；

测量精度：

±2°；

分辨率：

0.1°；

启动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

5、输电线路杆塔倾斜监测系统

输电线路走廊地质、气象环境复杂，近年来由于线路杆塔倾斜倒塌引起的电力事故呈上升趋势。

引起杆塔倾斜的原因主要有以下几方面：

（1）长期定向风舞引起杆塔受力不均

（2）自然地质灾害（3）杆塔周围建筑施工（4）杆塔本体异常、导线断裂（5）导线、地线覆冰（6）拉线、塔材被盗（7）采煤、采矿区地陷、滑移等。

杆塔倾斜一般缓慢发展，绝大多数事故是可提前预防的。

输电线路杆塔倾斜在线监测通过测量杆塔、拉线的倾斜角度，并测量环境的风速、风向、温度、湿度等参数，将测量结果通过移动/联通GPRS/GSM网络发送到接收中心。

中心软件可及时显示杆塔的倾斜状况，并可显示杆塔的倾斜趋势、倾斜速度，在倾斜角度到达某值时以短信、界面、警笛等方式发出报警信息，预防事故的发生。

监测参数：

杆塔的顺线倾斜角、横向倾斜角、环境温度、风速、风向；

参数技术指标：

●杆塔倾斜角动态测量范围：

双轴±20°；

●杆塔倾斜角测量误差：

≤±0.05°；

●风速测量范围：

0m/s～60m/s；

精度：

±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；

分辨率：

0.1m/s；

起动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

●风向测量范围：

0°～360°；

测量精度：

±2°；

分辨率：

0.1°；

启动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

6、输电线路微风振动监测

导、地线的微风振动是由微风引起的一种高频率、小振幅的导线运动,是引起导、地线疲劳断股等事故的主要原因。

自上世纪初美国首先在一条输电线路的海峡跨越处发现导线的振动断股现象以来,人们一直在进行着微风振动问题的研究,包括振动机理、防振理论、振动试验、防振装置、防振导线等多方面，几十年来,已经积累了丰富的经验。

在超高压架空线路上,均设计应用了各种具体的防振技术措施,有效地抑制了微风振动,减轻了对线路的危害。

但是,由于微风振动的机理极其复杂,通过理论计算或试验研究的结果与现场实际往往差别很大。

按照DL/T741-2001《架空送电线路运行规程》中“大跨越段应定期对导、地线进行振动测量”的要求,现行测量方法是在一段时间内使用测振仪器进行现场安装测量并记录相关数据。

但因现场测试时间有限,测振仪器本身条件和现场工作环境等问题,测量结果代表性不高,缺乏实时性。

输电线路微风振动监测，在导线及OPGW线夹出口89mm处安装振动监测单元，采用加速度传感器或光纤传感器进行测量。

振动监测单元实时测量导线的振动加速度、振幅、频率、导线温度，并通过Zigbee或RF射频模块将数据无线上传至铁塔上的监测装置。

监测装置同时对本塔所在微气象区的风速、风向、环境温度等参数进行实时采集，将所有数据通过SMS/GPRS/CDMA1X等通讯方式将数据传往监测中心，中心系统据IEEE和CIGRE方法,判断导、地线和OPGW的危险程度,预测疲劳寿命，根据测量数据评估防振措施的有效性，并及时做出修正。

弯曲振幅法示意图：

1—线夹或夹头，2—导地线，3—导地线与线夹的接触点，4—弯曲振幅Yb（相对于线夹）

监测参数：

导线（地线）的振动加速度、频率、振幅、环境温度、风速、风向；

参数技术指标：

●导线振动加速度测量范围：

±5g；

●导线振动加速度测量精度：

±0.1g°；

●导线振动振幅测量范围：

0～1.5mm（p－p）；

●导线振动振幅测量精度：

±5%；

●导线振动频率测量范围：

0~200HZ；

●风速测量范围：

0m/s～60m/s；

精度：

±（0.5+0.03V）m/s，V为标准风速值；

分辨率：

0.1m/s；

起动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

●风向测量范围：

0°～360°；

测量精度：

±2°；

分辨率：

0.1°；

启动风速：

＜0.2m/s；

抗风强度：

75m/s。

7、输电线路反外力破坏监测系统

输电线路具有面广、线长、高空、野外的特点，极易遭遇外力破坏。

随着经济的快速发展，输电线路的运行环境日益恶化，输电线路走廊内的树木、房屋、道路、城镇建设、采石挖矿、施工对线路的破坏大量增加，对线路和安全运行构成了很大的威胁。

输电公司一方面加强巡视力度，缩短巡视周期，做到对隐患早发现、早上报、早消除；另外还继续加强特巡、夜巡，对施工场所进行看护、制止野蛮施工。

但由于巡视人员少、距离远，并且90%以上的事故具有短期内的突发性特点，是加强巡视所解决不了的，往往是刚巡视过就出现问题。

据统计由于外力破坏引起的线路故障已占总线路总故障的60%以上，并且造成的故障具有停电时间长、不易重合闸、经济损失大的特点，并且呈逐年上升的趋势。

线路反外力破坏预警系统由安装在杆塔上的高清夜视摄像机、智能视频监视及分析装置组成。

当有人靠近铁塔或攀爬；工程施工车辆靠近铁塔；超高车辆越限，对导线造成撞线威胁时，智能分析单元立即启动预警功能，并启动摄像机图像连拍功能，将抓拍图像传输至监控中心，同时启动现场语音告警。

监控中心具有报警信息、图像的及时显示及存储，并以语音、短信等方式进行告警，监测中心还可立即进行远程喊话，重大偷盗行为发生时可与110联动出警，确保线路的安全运行。

监测参数：

杆塔周边及本体图像；

参数技术指标：

●通讯方式：

无线RF、Zigbee、GSM、GPRS、3G等

●电源：

导线上为高能电池或可充电电池与导线取能相结合，铁塔上为太阳能对蓄电池供电

●报警可靠性：

90%以上

●摄像机：

传感器芯片：

SONYCCD；

像素数：

≥704（H）X576（V）；

最低照度：

≤0.01Lux；

变焦率：

≥光学18倍；

8、输电线路导线对地距离（弧垂）监测系统

高压线路运行过程中，由于负荷增加、环境温度过高等引起导线弧垂的增加，因而造成导线对地、物距离的减小，一方面引起电力接地、短路等重大事故，另一方面也限制了导线的输送能力。

输电线路导线弧垂监测装置安装在导线的弧垂最低处或需要监测的部位，采用高能电池或导线感应取能技术，实时测量导线对地距离的变化情况，可及时发现导线弧垂的变化,并可实时监测线下树木、建筑物等与导线之间的距离，避免接地事故的发生。

监测装置集成了导线温度测量功能，可实时监测导线的温度变化情况，及时发现导线、接点温度异常，还可选装夜视摄像系统，对导线弧垂进行现场拍照，远程查看弧垂情况，与测量数据对比，增加测量及报警可靠性。

系统应用软件针对导线弧垂实时数据进行计算分析，并可结合导线的温度和气象数据对导线预期弧垂进