无线监测技术在电力输变电中的应用

高鹏杨娇

摘要：输变电网作为电网的重要组成部门，而输电设备性能会随着运行环境的改变而变化，一些安全隐患或不可靠因素未能及时发现和解决。为了使输变电通信系统能更加安全可靠运行，提高通信管理和运行水平，有必要对输变电网的通信技术进行研究分析，制定合理的通信方案，保障光缆更加可靠性运行。

关键词：电力通信网；输变电；在线监测；安全性

1.电力系统输变电通信支撑技术的现状

1.1电力系统通信网概述

电力通信网作为一种服务于电力系统的专网，是由发电厂到变电站以及与各级电力部门相互连接的传输系统和设在这些部门的交换系统或终端设备构成，是电网的重要组成部分。

1.2输电通信业务需求分析

输电通信网主要由输电线路、输电线路上的在线监测装置、监测子站和检测主站组成。输电线路作为电力输送的物理通道，一旦发生故障就会严重影响系统的安全稳定运行，因此对输电线路有效监控、管理和维护具有很重要的意义。输电线路状态在线检测可监测的主要内容包括导线、气象、杆塔、绝缘子及图像等。主要对输电线路绝缘子污秽情况、输电线路覆冰雪情况、输电导线舞动情况、导线温度及动态增容情况、避雷器和防盗报警等业务实施在线监测。

2.输电线路在线监测网络特性分析

高压输电线路和电力塔作为电力输送的骨干网络，距离长、跨度大，所在区域的自然环境、位置差异大,电力塔环境监测信息的传输与其他监控类通信网络的特点有一定差别。

2.1地域环境特殊

高压输电线路和电力塔大部分都建设在避开人员密度大的地方，比如500千伏线路大多架设在崇山峻岭中，高压电线和电力塔依地势而架设。为保证总体上直线延伸,往往横跨河流、山涧等复杂地形。因此，所建立的监测网络应具备容易安装、通信效率高、功耗低（不用频繁更换设备）等特点。对比有线通信而言，无线传感器网络采用免费无线频段、自由组网方式灵活、网络建设方便,对公众移动通信盲区的覆盖经济有效、成本较低,是目前在这种特殊环境下仅有的行之有效的手段。节点模块功耗低，生命周期长，不用频繁更换设备，尤其适合这种环境比较特殊的监测网络的构建。

2.2通信距离的特殊性

相邻塔基直线距离较短，受输电线路传输方向、受力等因素影响，高压线路电力塔相邻塔基一般直线距离在400米至1000米之间,平均500米左右，这种通信距离对于GPRS/GSM等远距离无线通信方式而言，通信密度大，信道要求多，而且为保证监测信息的实时性,所有的监测节点必须保证不间断在线通信方式，如果采用动态信道分配的公众网络通信方式,信道资源占用较多,利用率低下。无线传感器网络属于短距离通信,节点模块通信距离开阔地区100米左右,采用大功率可达1-2千米，将无线传感器节点部署在高压输电线和电力塔上,通信距离可缩短至几百米范围,完全可满足电力塔监测距离的要求。

2.3网络结构特殊性

高压线路和电力塔监测网络的网络结构由于区域环境和监测信息的特殊性而呈现明显的双重性特征，主要表现在整体上是一个长距离通信网络的特点，而在局部又表现为多个传感器网络节点所构成的短距离局域网特点。局部范围的短距离通信网络在一定距离后找到方便接入的就近有线网络接入点将信息汇聚处理传输至监测中心，而多个有线网络接入点又构成长距离的整体监测网络圈，具体组成结构如图1所示，两者特性同时具备，相互补充。

图1输电线监测网络示意图

3.地下电缆监测通信方案

据统计，近几年全国电力系统各种电缆沟火灾事故近80%是由电缆附件故障引起的，且电缆故障引发的火灾会导致大面积电缆烧损，造成重大经济损失。据调查分析，导致火灾的直接原因主要是电缆接头制作质量不良，长期运行造成电缆头过热而烧穿绝缘。为了防止电缆沟内火灾发生，除了从根本上提高电缆接头的制作质量来预防事故发生以外，还应警惕到电缆接头故障的发生是一个渐进积累的过程，在运行中应该加强地下电缆接头的监测，实时监控并判断出故障隐患，及时进行报警和其它相应处理，把故障消灭在萌芽状态。因此，对地下电缆的湿度监测研究很有现实意义。

3.1无线监测方案

方案采用了无线通信方式来传输测量数据，只需将终端装置安装在每个待监测的电缆接头处即可，无需进行大规模布线。单个的检测终端之间相互独立，安装方便灵活，传输数据可靠快捷。此外，系统的主要设备元件高度集成化且超低功耗，可使系统的使用寿命延长，并且在全寿命期间几乎不用维护。如图2所示，系统由电缆接头终端装置、便携式巡检与故障分析仪、监控管理中心三个部分组成。

图2无线监测系统图

1.电缆接头终端装置

电缆接头终端装置主要负责定期采集电缆接头温、湿度数据并存储，再采用无线方式与巡检设备进行通信。当接收到地面发来的数据收集信号时，终端装置准确地将历史数据发送出去，为分析、预测电缆接头运行状况提供可靠的依据。

2.便携式巡检与故障分析仪

主要负责接收终端装置发送出去的历史数据，并进行存储，同时能够简单地分析电缆线路目前的运行状态。巡检仪分为手动和自动两种工作模式。在自动工作模式下，进入终端装置的信号覆盖区内，便可自动与终端装置进行链接；在特殊情况下可选择手动工作模式，针对性地获取某些终端装置的数据信息。它对收集到的监测数据进行“是否超过预设温湿度值”的判断，如果电缆接头温湿度值超过了预设值则进行报警。

3.监控管理中心

由便携式巡检分析系统采集的现场工作数据信息，以无线通信方式上传至故障监测中心，并存入数据库，建立监测区域内所有电缆接头的历史纪录档案。借助系统故障分析与诊断软件，可以进行超温超湿、温湿升趋势、温湿度梯度和自动环境温湿度补偿等分析，对可能发生的地下电力电缆事故提前做出预警，以保障地下电力电缆系统供电的安全可靠性。

3.2光纤分布式监测系统

利用一根光纤充当分布式温度传感器，能测量数千个独立的测量点的温度，采用光纤分布式温度监测系统的好处是可以对电缆沿线上的热点位置进行高精度定位，能够显示并记录下温度变化曲线轨迹，能显示出线路上热点的位置。但它的缺点十分明显的，设备成本是这种系统的最大的问题。该方案是沿地下光缆都铺上光纤，来充当分布式温度传感器。

4.展望与总结

依据构建智能电网对输变电环节的要求以及智能输变电设备技术支撑系统的组成构想，输变电设备智能化的研究具有状态信息量大、分布广、关联复杂和影响因素众多等特点，其理论和技术的研究需要多学科领域的共同支持，针对现有技术以后研究重点应为设备故障信息的感知和一体化融合设计技术、高压开关电器的智能操作和控制以及物联网技术和云计算及其应用等。

参考文献

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