SHTA-2000 输电线路状态监测系统——助力坚强智能电网建设技术方案书北京水木源华电气有限公司B e i j i n g S e m e u r e k a E l e c t r i cC o.,L t d目的和意义国家电网公司提出建设坚强智能电网的宏伟蓝图，按电力流的方向来考虑，智能电网分发电、输电、变电、配电、用户五个环节，其中超高压输电线路作为山东电网的主网架，其稳定性关系到国民经济发展和社会的稳定。
但是超高压输电线路智能化的研究相对较少，线路一旦发生故障会严重影响系统的安全稳定运行，因此对输电线路进行有效监控、管理和维护具有非常重要的意义。
研究超高压智能电网是对国网智能电网的有益补充，也是智能电网的必然要求。
随着500 千伏架空输电线路日益壮大，超高压输电线路已经构成为我省骨干网架，其稳定性关系到国民经济发展和社会的稳定。
伴随着“外电入鲁”战略的逐步实施，500 千伏电网建设将进一步提速，输电线路运行维护任务工作量将持续增加。
目前的输电线路是基于传统电网的运行模式设计建造的，信息化程度低，输送能力偏低，故障预警能力低、故障恢复时间长使电网可靠性下降。
超高压智能电网的研究，能够实现对超高压线路的全面、直观、实时的监控和智能分析，能提供更精确、更及时、更完整和更一致的信息。
为线路管理提供技术支撑；可以提高电网安全稳定水平和防灾减灾能力；提高生产的科学、智能决策水平；加强设备的全寿命周期监视和管理，提高生产效率。
目前的超高压输电线路是基于传统电网的运行模式设计建造的，信息化程度低，输送能力偏低，故障预警能力低、故障恢复时间长使电网可靠性下降。
超高压智能电网的研究可使输电线路智能化，可以提高运行效率，提高线路可靠性，提高输送容量。
超高压输电线路是电力系统用量最多的设备，变电站已经由传统变电站向数字化变电站转变，并进而实现智能化变电站，而超高压智能输电线路是智能电网的重要组成部分，是未来电网的必然要求，应用前景广阔。
国内外研究水平综述线路信息系统即线路信息监测基本是成熟的技术，但是根据所测信息进行分析，建立了智能电网安全监控预警管理平台，能够对线路状态进行评估、提高输电线路输送容量、对故障点定位的智能输电线路还未见报导。
1、输电线路在线监测与状态评估的研究与应用现状目前成功应用的输电线路在线监测手段主要包括人工步行巡视、驾车巡视，直升机航拍、红外航测以及基于GPRS 无线通信网络的线路绝缘子泄漏电流和视频监测等，输电线路巡视机器人也正在开发研制阶段。
2、在输电线路故障监测与故障定位方面研究与应用现状。
对于故障后的保护控制和分析有很多的研究和应用，线路上也配备了相关的保护装置，但是对于单相高阻接地这类保护控制范围之外的故障隐患，还缺乏有效的监测措施和手段。
在输电线路故障定位方面，基于行波检测的定位方法模型简单，不受系统运行参数、故障过渡电阻的影响，定位精度高，倍受国内外关注。
但现有研究没有提出如何选取用于故障定位的具体行波频带及与该频带相对应的行波波速的测量方法。
3、输电线路在线监测与状态评估的项目与技术研究与应用现状输电线路在线监测项目与技术主要包括以下几种：①绝缘子泄漏电流监测；②零值绝缘子监测；③绝缘子电场监测；④电晕电流监测；⑤局部放电监测；⑥红外成像温度监测；⑦光纤温度监测；⑧超声波监测绝缘子放电；⑨视频录像监测；⑩射频噪声监测。
目前常用的输电线路在线监测项目和技术主要是①、②、③、⑥、⑨五种。
而状态评估则主要应用人工神经网络、粗糙集理论、信息融合等理论结合专家系统，实现输电线路的综合状态描述。
目前已有了适用于输电线路综合在线监测的相关技术，一些成果已经得到了成功应用。
开发了基于DLR 的提高输电线路输送容量技术，以及智能输电线路安全监控预警管理平台。
项目的理论和实践依据对超高压智能电网的数字化输电网监控管理系统研究分为以下两方面：1、运行管理1）地理信息系统。
将输电线路信息与地理信息结合，形成输电线路电子地图，包含输电线路路径图和巡视路径图。
实现输电线路的图形化信息管理，以PDA 掌上电脑为平台，图像化显示输电线路，并定位报警故障点、人工巡视和检修地点，为工作人员的线路巡视、检修提供准确的地理位置、参数、图形、照片等信息支持。
2）气象信息系统。
基于输电线路地形地貌等信息，形成符合实际生产要求的各种专题图，包括：污区分布图、雷电监测图、气象图（雷云图）、冰区分布图。
2、在线监测系统在线监测系统可接收现场监测单元的实时数据，也可控制监测单元。
监测数据管理平台提供一定范围内、多参数、可扩展的线路监测的良好通信和数集平台；实现多传感器、多参数的信息监测；实现数据的智能化管理、开放性功能。
分析现场数据，诊断线路现场情况，采取分级预警机制，针对不同的预警等级，启动和采取相应等级的应急预案。
信息系统的各种状态监测内容拟采取不同的研究方法。
绝缘子污秽在线监测主要通过研制绝缘子串泄漏电流传感器，同时监测工频泄漏电流和表面局部火花放电时泄漏电流脉冲情况，分析绝缘子表面污秽状况并实现闪络预警。
利用采集到的泄漏电流平均值、电流最大幅值，单位时间脉冲电流数等相关特征值以及温度、湿度、雨量等环境因素，对历史数据进行比较，并采用专家系统，神经网络，模糊数学等人工智能方法结合常规数学方法科学地确定污秽状况及可能发生的污闪概率，并实现闪络预警。
低零值绝缘子的检测主要通过研制分布电压传感器，在线测量接地端绝缘子的分布电压，对实时测量数据和历史测量数据以及不同相之间测量数据进行比较，来判断有无低零值绝缘子出现。
其基本原理是：如果绝缘子串上有绝缘电阻严重下降的低零值绝缘子，由于该绝缘子自身承担的电压严重下降，引起绝缘子串电压分布的改变，即造成其它绝缘子分布电压升高。
输电线路覆冰（或舞动）视频监视的主要方法是当输电线路覆冰（或舞动）的条件满足时自动启动摄像头监视，采集的摄像画面通过先进的图像处理技术进行自动识别，给出覆冰（或舞动）的特征。
导线弧垂主要通过超声波测距进行监测，结合温度、日照、风力等环境参数，建立导线热容量与导线弧垂及导线负荷的计算模型，给出保证输电线路安全稳定运行的最大输送容量。
导线温度的测量拟采用热电型热敏元件与高性能多模石英光纤进行光电耦合,利用光纤传输温度光脉冲信号,并对高电压进行隔离,然后经主控单元进行数据处理,实现导线温度的实时监测。
微气候监测主要通过温度、湿度、风向、风速、雨量等气候传感器实现。
气候状况与外绝缘水平的关系需要通过现场数据的积累建立相关的数学模型。
杆塔塔材盗窃行为的监控主要通过振动传感器检测杆塔振动信号，对振动信号进行处理和分析实现杆塔塔材防盗报警。
主要研究方法是利用先进的数字信号处理技术，对背景干扰和由不良企图引起的杆塔振动进行模式识别，以提高判断的准确性。
线路下施工现场的视频的监视主要由摄像头拍摄图像后进行动态数据压缩，通过高效的无线数据通信将现场图像传输至控制中心。
输电线路状态的综合评估主要利用信息融合技术和智能专家系统等方法研究对输电线路状态进行的综合评估的方法，建立输电线路动态参数综合评价模型，最终给出实用的输电线路运行健康状况评价结论。
项目研究内容和实施方案结合某地的地形地貌、气象、线路等特点，实时采集输电线路的实际运行参数，环境气象参数，并把与输电线路相关的各种外部信息融合到地理信息系统中，构建数字化输电网监控管理系统，实现对输电线路运行状况的实时测控，及输电线路的输送余量分析，使输电环节具有快速故障判断和快速故障恢复功能，以利于全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理。
数字化输电网监控管理系统中的各个功能由相应的监测终端（传感器）和相应的数据通信单元组成，通过GPRS 移动蜂窝网与监控中心建立通信连接（如下图所示）。
传感器故障监测单元负荷温度单元微气象单元图像监控单元温度传感器湿度雨量传感器湿度传感器风速传感器覆冰监测单元数据传输处理单元弧垂测量单元绝缘子监测单元GSM/GPRS 移动蜂窝网Internet2 U路由器客户端客户端客户端服务器数字化输电网监控管理系统可分为以下几个子系统作为项目研究的主要内容：1地理信息平台地理信息平台实现输电线路的图形化信息管理，集成各管理系统，将各输电线路的在线监测数据、离线检测数据、设备管理数据和决策分析数据在地理信息平台上实时显示，并定位报警故障点、人工巡视和检修地点，实现整个输电网络的综合管理。
·输电线路图像化管理将输电网线路信息与地理信息结合，图像化显示输电网络。
·三维显示技术采用标准的三维技术和卫星图像，对线路、杆塔、地形地貌进行立体显示，可清楚地张力测量单元显示线路的走向和杆塔位置、高度及挂线位置、换位情况以及故障点、检修和巡视位置。
·指导线路运行、检修及辅助设计功能为工作人员的线路巡视、检修提供了准确的地理位置、参数、图形、照片等信息支持，提供查巡线路与检修情况的全部详细资料。
2 数据分析处理平台数据分析管理平台，做为数字化输电网监控管理系统的后台软件系统按照功能可分为以下主要模块：·通信服务系统适用于多种通信方式的数据接收和发送，如GSM/GPRS、光纤通信、以太网等。
·数据处理系统实现监控中心和子系统终端单元之间所交换信息的协议适配和数据解析。
·监控管理系统各子系统的终端单元的信息和数据存储和管理。
·综合分析评估系统对各种监测数据和状态信息进行提取、综合、分析；研究利用信息融合技术和智能专家系统对杆塔和输电线路运行状态进行综合评价的方法。
3 输电线路绝缘状态监测系统·绝缘子污秽的监测和评估通过在线、实时监测绝缘子的泄漏电流及局部放电情况，结合温度湿度等气候监测参数，评估绝缘子污秽状况并实现闪络预警；对泄漏电流与污秽度进行相关性分析；建立利用泄漏电流、空气湿度、温度等参数来预测污闪发生概率的模型和方法。
·低零值绝缘子的在线检测采用敏感绝缘子方法通过在线测量分布电压在线监测低零值绝缘子；研究低零值绝缘子对敏感绝缘子分布电压的影响。
测量原理如下图所示：监控中心后台专家分析系统可根据所检测到的漏电流等数据，实时判别线路绝缘子表面污湿状态、向管理员和相关部门及时发送预警信息，使线路安全运行及管理现化水平显著提高。
适用范围：- 35KV-1000KV 的输电线路中运行的瓷质、玻璃质及合成绝缘子的在线状态监测主要技术指标：- 监测终端工作电源：DC 5V（太阳能+蓄电池）；- 传输方式：有GPRS- 采样时间间隔：用户可按自己实际情况设定；- 采样速率：200kHz- 泄露电流测量精度：1%- 泄露电流测量范围：10uA-100mA- 测点数量/监测终端：1～6 串绝缘子- 整机功耗：≤0.5W（可在无阳光情况下连续运行21 天）- 通信误码率：小于0.1%4 导线运行状态监测系统·绝缘子覆冰和线路舞动情况的监测通过摄像头监视绝缘子覆冰和线路舞动情况；研究通过图像处理技术由系统自动识别判断绝缘子覆冰和线路舞动情况的方法。