配电线路在线监测与故障诊断技术研究

孙奇高占永常福强杨松

（国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司）

摘要：监测系统和故障诊断装置对于线路问题的预防和处理有重要作用。本文主要研究了在控制和处理输电线路方面，监测以及故障诊断的作用。分别对线路检测系统、信息传输、故障诊断的现状进行了研究，最后指出了在这方面存在的问题以及在以后发展中应该注意的方向。

关键词：输电线路；在线监测；故障诊断

引言

输电线路主要由铁塔、基础、导线、地线、金具、绝缘子等组成，构成组件的类型较少，但绝对数量较大，线路的任何一处出现故障都可能引起整条线路的停运，对电力系统的冲击巨大。随着经济和社会发展速度的加快，线路沿线污秽等级提升及鸟害影响造成的线路污闪问题日益明显。局部环境和微气象对线路安全运行的影响也是线路运行维护工作的重要难点。导线舞动和风偏所造成的危害也时有发生。对输电线路进行在线监测与故障诊断是提高电力系统可靠度的重要措施。通过各类在线监测装置及时评估线路存在的安全隐患并准确预警对输电线路的安全可靠运行具有重要意义。输电线路在线监测与故障诊断是在不影响输变电设备正常运行的条件下，对设备的电气、机械等状态参量进行连续或者分时检测，获取能表征设备电气及机械性能等运行状态的特征参量，并通过故障分析与诊断来评估设备的运行状态。一般而言，在线监测与故障诊断系统由4个部分构成，包括信号变送系统、数据采集系统、通信传输及数据处理和诊断系统。以下重点研究信号变送系统中传感器的选用、监测数据的通信传输以及故障诊断等内容。

1信号变送系统研究现状

目前技术较为成熟且应用较多的输电线路在线监测与故障诊断装置有3大类，具体如下：

（1）导线在线监测装置类：包括导线覆冰监测、导线温度监测、导线舞动及微风振动监测；

（2）杆塔在线监测装置类：包括杆塔倾斜监测、视频图像监控；（3）环境在线监测装置类：雷电在线监测、微气象环境监测、现场污秽度监测、山火在线监测。

2通信传输技术研究现状

通信传输是在线监测与故障诊断系统中的重要环节。为了安全、稳定、高速地传输各类在线监测数据，需要综合考虑监测装置的通信协议、设备布点及装置供电等一系列问题。

早期的信号传输主要采用GSM/GPRS/3G等无线公网方式，但是随着在线监测装置及各类监测数据的急剧增长，无线公网方式在传输带宽、信号覆盖面及运行维护成本等方面均无法满足现有输电线路在线监测技术的发展要求。

而且，随着中短距离无线通信组网技术及光通信传输技术的发展，输电线路在线监测数据传输逐渐向电力局域专网传输方式转变，部分电网公司也开始了基于中短程无线及长距离光纤通信传输的混合组网应用试点。

目前，就技术发展而言，较为成熟的中短程无线组网技术有ZigBee，Wi-Fi，WiMAX(全球微波互联接入)等。可利用ZigBee技术的低功耗、低成本及Wi-Fi，WiMAX技术的高带宽、中距离传输等优点，在设备现场实现各类监测信息的就地汇聚，并通过远距离通信传输技术实现与主控端数据处理与诊断系统间的信息交互。

在远程通信传输技术方面，随着OPGW光缆建设的全面覆盖使得基于光传输技术的监测数据远程传输成为可能。

利用随线OPGW光缆中1-2根备用光纤芯构建的EPON(以太网无源光网络)网络能在安全性、可靠性及传输带宽等方面满足在线监测数据的传输要求，且其充分利用现有空闲光纤资源，建设成本较低，也无需为设备提供单独电源。

除此之外，为减少输电线路OPGW光缆破口数量，进一步保障数据传输的稳定性，实际应用中也有采用OPGW+光纤工业以太网交换机的组网传输方式。

3故障诊断现状

诊断故障就是根据监测数据对线路的状况进行分析，判断其状态是否良好。而现在已经有了更加智能化的技术可以使诊断过程更自动化。一些大学的研究人员通过研究提出或者设计出了一些诊断模型。比如，重庆大学的研究人员根据线路闪络方面的原理，在特征量的基础上提出了针对污秽度的模型。而华北电力的研究人员设计出了针对线路监测问题的辅助系统，可以帮助解决以往系统存在的监测不全面，趋势预测不够强，以及缺乏检修的建议等方面的问题，刘畅一行人根据一些先进的科学原理如马尔科夫，利用每年线路最大的覆冰数据来对接下来一两年内的线路覆冰情况进行预测，并建立模型，通过覆冰的厚度以及线路周围的气象环境数据，来预测线路在一瞬间内可能达到的最大覆冰厚度。而王峰一行人则根据收集到的线路舞动的相关数据，采用了模糊综合的方法对线路的舞动情况进行了提前的预测。这些研究成果都更好地促进了线路监测方面的高度自动化。

4存在的问题及展望

4.1存在的问题

由于在线监测技术及相关装置研究发展时间较短，且监测装置运行环境恶劣，导致其在稳定性、可靠性及监测精度等方面还存在一定不足，主要体现在如下几个方面：

(1)监测装置稳定性与可靠性不足。由于缺乏统一的行业标准，部分在线监测装置制造标准偏低，直接导致相关装置故障率较高，信息处理能力差，频繁发生误报警、漏报警等问题。

(2)监测精度及电磁兼容性能不足。受限于当前传感器技术发展水平及特征量选取等因素，部分在线监测装置测量精度与离线测量结果存在较大偏差，且部分监测装置抗电磁干扰性能较弱，使得测量结果可信度较低。

(3)相关理论不够完善。诸如污秽绝缘子闪络和导线舞动等机理研究还未有统一的研究结论，对在线监测结果的准确性造成一定的影响。

(4)故障诊断算法有待优化。目前部分故障诊断技术还停留在实验室模拟或仿真分析阶段，部分实际使用的诊断算法评估准确性还有待提高。

4.2展望

为实现输电设备的状态检修，需要输电线路在线监测装置提供稳定、准确、可靠、全面的监测信息。为此，需要对在线监测装置质量保障、监测特征量选取、相关理论算法及信息融合等方面开展进一步的研究工作，其未来发展方向主要为：

(1)在线监测装置的统一化、标准化、集成化。以统一的标准打造各类在线监测产品线，保障监测装置的稳定、可靠运行，并通过传感器集成技术实现输电线路在线监测装置的低功耗、多参量、高精度监测。

(2)监测技术多元化。紧随相关技术发展水平，进一步研究机器人巡线、无人机巡线、光纤传感器等新兴监测技术，积极推进基于OPGW光纤的通信传输技术，实现输电设备的全方位监测及监测信息的远距离、大带宽传输。

(3)信息模型全景化。积极开展输电设备全景信息模型研究工作，实现各类在线监测信息、自动化系统运行维护信息及资产管理信息的挖掘和融合，推进设备状态检修及全寿命周期管理的实施。

5结语

通过探讨我们了解了在输电线路方面的线路检测系统、信息传输、故障诊断几方面的现状，并且指出了这些过程中存在的一些问题，并对以后的发展指出了方向。线路检测技术和故障诊断技术对于保障输电线路的安全非常重要，我们应该积极创新，用更加先进的科学技术不断进步。

参考文献

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