CN112165163A - 一种架空输电线路在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种架空输电线路在线监测装置，包括通道环境监测装置和线路本体监测装置，所述通道环境监测装置包括气象环境监测模块和通道状况监测模块，所述线路本体监测装置包括基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块和附属设施监测模块，通道环境监测装置和线路本体监测装置均与安全通信网络相连接，通过安全通信网络与主站系统进行数据交互。本发明通过对输电线路通道环境和线路本体进行多方位多维度监测提高线路运行安全，及时排除隐患，减少故障发生。

Description

一种架空输电线路在线监测装置

技术领域

本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种架空输电线路在线监测装置。

背景技术

输电线路是我国电力系统和能源互联网最重要的基础设施之一，架空输电线路绝大部分位于地形复杂、环境恶劣的地方，具有分布区域广、传输距离远、长期裸露在野外、运维困难等特点，极易受到各种自然灾害的影响，发生故障后影响范围广、经济损失大，有必要对其采取有效的安全监测手段。输电线路安全监测的传统方式是以人工巡检或查看监控为主要手段，人工巡检由于常规的人力步行或车辆巡视受人员及地理条件所限，存在人员需求量大、人力成本高、人员无法现场全时段监督等问题，且巡线周期长、不易及时发现安全隐患，要想做到全天候的对各个区域的安全问题进行监控非常困难。查看监控是在输电线路区域架设网络摄像头，通过无线网络等手段将图像或视频数据定时或实时传回监控中心，工作人员通过查看监控视频，对可能出现的外力破坏、山火等安全事故进行判断预警，采取对应的处理方案。这种方式有助于及时获取输电线路区域状态信息，显著提升了输电线路安全监控的效率和正确率，但仍然存在着规模上、时间上的限制，想要对大范围内的输电线路实施实时监控，需要有大量工作人员花费大量时间盯着监控中心的多个监控窗口，对网络摄像头传输来的视频数据进行查看，不仅是对人力资源的严重浪费，而且因为人的注意力无法长时间保持高度集中，依然难以做到全时段大范围的输电线路安全监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种架空输电线路在线监测装置，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。

一种架空输电线路在线监测装置，包括通道环境监测装置和线路本体监测装置，所述通道环境监测装置包括气象环境监测模块和通道状况监测模块，所述线路本体监测装置包括基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块和附属设施监测模块，通道环境监测装置和线路本体监测装置均与安全通信网络相连接，通过安全通信网络与主站系统进行数据交互。

进一步的，所述安全通信网络包括节点设备和路由设备，所述节点设备用于与多个通道环境监测装置、线路本体监测装置通信连接以获取监测数据，所述路由设备用于与多个节点设备相连接以获取监测数据并发送到主站系统。

进一步的，所述节点设备与路由设备的通信链路中设有安全隔离装置。

进一步的，所述气象环境监测模块包括微气象监测装置，所述通道状况监测模块包括图像监控装置、视频监控装置中的一种或多种。

进一步的，所述基础监测模块包括基础沉降监测装置、地质滑坡监测装置中的一种或多种；所述杆塔监测模块包括杆塔倾斜监测装置；所述导地线监测模块包括覆冰监测装置、微风振动监测装置、舞动监测装置、导线温度监测装置、导线弧垂监测装置中的一种或多种；所述绝缘子串监测模块包括风偏监测装置、现场污秽度监测装置、泄露电流监测装置中的一种或多种；所述金具监测模块包括金具温度装置；所述接地装置监测模块包括接地电阻监测装置；所述附属设置监测模块包括拉线张力监测装置。

进一步的，所述微风振动监测装置包括靶标装置和激光发射装置，所述激光发射装置设置在输电线路导线上，所述靶标装置设置在杆塔上，靶标装置用于接收激光发射装置发射的激光束并根据激光束的移动幅度计算输电线路导线的振动幅值。

进一步的，所述靶标装置包括一壳体，所述壳体侧面设有光敏传感器阵列，壳体内设有处理单元和通讯单元，所述光敏传感器阵列、通讯单元分别与处理单元电连接，光敏传感器阵列用于接收激光发射装置发射的激光束并在接收区域产生相应的电信号发送到处理单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种架空输电线路在线监测装置，可通过通道环境监测装置和线路本体监测装置分别对输电线路通道环境和线路本体进行多方位多维度监测，可安装在战略输电通道、核心骨干网架的重要线路、巡线或抢修困难地区、微地形微气象地区、采空区或地质不良区、重要跨越区段、外力破坏多发区等，通过全面监控提高线路运行安全，及时排除隐患，减少故障发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的架空输电线路在线监测装置整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1，本发明提供一种架空输电线路在线监测装置，所述装置包括通道环境监测装置和线路本体监测装置，分别用于监测不同对象，即输电线路通道环境和输电线路本体。所述通道环境监测装置包括气象环境监测模块和通道状况监测模块。所述线路本体监测装置包括基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块和附属设施监测模块。通道环境监测装置和线路本体监测装置均与安全通信网络相连接，通过安全通信网络与主站系统进行数据交互。

作为一个示例，所述安全通信网络包括节点设备和路由设备，所述节点设备用于与多个通道环境监测装置和/或多个线路本体监测装置通信相连以获取监测数据。所述路由设备用于与多个节点设备相连接以获取监测数据并发送到主站系统，主站系统对监测数据进行分析处理以识别输电线路出现的故障和存在的安全隐患，从而指导巡检人员及时排查排除。

一些实施方式中，所述节点设备与路由设备的通信链路当中设有安全隔离装置，所述安全隔离装置用于对节点设备发送至路由设备的数据进行检测，隔离可疑数据。

具体的，所述气象环境监测模块包括微气象监测装置，所述微气象监测装置可以设置于大跨越、易覆冰区和强风区；或因气象因素(例如风偏、非同期摇摆、脱冰跳跃、舞动等)导致故障频发的线路区段；或传统气象监测盲区、行政交界区、人烟稀少等无气象监测台站的区域。微气象监测终端的监测参数主要包括风速、风向、气温、湿度、气压、雨量以及光辐射，各项监测参数的测量范围和误差如表1所示。

表1微气象监测装置技术指标配置

所述通道状况监测模块包括图像监控装置、视频监控装置中的一种或多种，用于监测线路周边通道环境情况，包括施工、树木生长等，对入侵的大型机械、吊车等设备进行抓拍，还能够根据设定好的预置位置通过自动或远程手动的方式对输电线路本体，包括杆塔、导线、绝缘子、金具等的运行情况进行实时监控。图像监控装置和视频监控装置可以设置于外力破坏易发区(例如违章建房、开山炸石、吊车施工等外力破坏易发区域)、火灾易发区、易覆冰区、通道树木(竹)易生长区、偏僻不易到达区和其他线路危险点和缺陷易发区段。

所述基础监测模块包括基础沉降监测装置、地质滑坡监测装置中的一种或多种，所述基础沉降监测装置用于监测输电线路杆塔基础是否发生沉降及沉降幅度；所述地质滑坡监测装置用于监测输电线路周边是否发生地质滑坡现象。

所述杆塔监测模块包括杆塔倾斜监测装置，用于监测杆塔在顺线、横线方向的倾斜角度、偏斜角和倾斜度，主站系统根据监测数据给出杆塔倾斜情况，及时发现因采空区的塌陷等原因和变形特点，找出其发生、发展的规律，及时预见发生倾斜的杆塔，在地面塌陷、地面沉降早期就处于严密监控下，给出抢修信息，有效预防杆塔倾斜引起的各种事故。所述杆塔倾斜监测装置可以设置于采空区、沉降区、土质松软区、淤泥区、易滑坡区、风化岩山区等不良地址区段、已发现杆塔倾斜需动态观察区段、重要线路大转角杆塔、终端塔等，其测量的顺线倾斜角和横向倾斜角范围在-10°～+10°之间，误差为±0.05°。

所述导地线监测模块包括覆冰监测装置、微风振动监测装置、舞动监测装置、导线温度监测装置、导线弧垂监测装置中的一种或多种。其中覆冰监测装置包括拉力采集单元和倾角采集单元，通过实时测量线路悬垂绝缘子的倾角、耐张串、串拉力、风偏力亦或是悬垂串导线线夹出口的倾斜角度等有关参数并发送到主站系统，主站系统将数据经覆冰计算模型核算出路线的覆冰厚度，在等效覆冰厚度和设置覆冰厚度近似时发出警示，可以设置于曾经发生严重覆冰区域；或重冰区部分区段线路；或迎风山坡、垭口、风道、大水面附近等；或与冬季主导风向夹角大于45°的线路易覆冰舞动区。拉力采集单元的配置指标和相应技术要求如表2所示。

表2拉力采集单元技术指标配置

配置指标	技术要求
		测量范围	0％FS～100％FS
回零误差	±0.1％FS
		示值误差	±0.2％FS
重复性	±0.2％FS
		滞后	±0.3％FS
长期稳定性	±0.2％FS

倾角采集单元的配置指标和相应技术要求如表3所示。

表3倾角采集单元技术指标配置

所述微风振动监测装置用于通过传感器测量线路的振动，例如采用应变式位移传感器测量振动幅值，采用伸缩位移传感器测量振动幅值，从而解决输电线路导线和地线振动造成的线路断股断线、金具脱离等问题，可以设置于跨越通航江河、湖泊、海峡等大跨越的输电线路；或可观测到较大振动或发生过因振动断股的档距。微风振动监测装置的配置参数和相应测量范围、误差如表4所示。

表4微风振动监测装置技术指标配置

舞动监测装置用于实时监测导线张力变化，使主站系统可以在线分析导线受力情况，避免导线舞动导致电网事故，可以设置于易发生舞动的中重覆冰区、微地形微气象的输电线路；或曾经发生舞动的区域；或与冬季主导风向夹角大于45°的输电线路、档距较大的输电线路。舞动监测装置的配置参数和相应测量范围、误差如表5所示。

表5舞动监测装置技术指标配置

导线温度监测装置用于利用温度传感技术，在架空输电线路的导线端设置若干个传感器探头，传感器探头将导线温度的变化情况进行采集，通过信号转换电路，传到主站系统中进行处理，实现在线监测导线的温度，为除冰过程提供数据支撑，保障电网的安全稳定运行，可以设置于进行动态增容、过载特性试验及大负荷区段的导线；或容易产生热缺陷的带电导线接续部位，如耐张线夹、接续管、引流板等处；或进行交直流融冰的导地线；或容易产生热缺陷的绝缘架空地线放电间隙。导线温度监测装置的技术指标配置如表6所示。

表6导线温度监测装置技术指标配置

序号	导线类型	测量范围	准确度
				1	普通导线	-55℃～+120℃	±1.0℃
2	耐热导线	-55℃～+180℃	±1.0℃
				3	超/特耐热导线	-55℃～+290℃	±1.0℃

导线弧垂监测装置通过监测导线张力、倾角或温度发送到主站系统，主站系统利用导线基本方程，从而计算出导线弧垂和导线对地距离，及时监测线路动态增容时，导线温度和线路弧垂增大程度，避免故障发生，可以设置于跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道的架空输电线路区段；或需要开展导线增容的关键线路区段；或存在安全距离不足隐患重点监测的线路区段。导线弧垂监测装置的技术指标配置如表7所示。

表7导线弧垂监测装置技术指标配置

序号	配置参数	测量范围	误差
				1	导线弧垂	0m～500m	±0.2％
2	导线对地距离	3m～100m	±0.2％

所述绝缘子串监测模块包括风偏监测装置、现场污秽度监测装置、泄露电流监测装置中的一种或多种。

具体的，所述风偏监测装置可以是通过在绝缘子串上安装倾角传感器来进行测量，该方法将传感器安装在绝缘子串上部不带电部位，采用弦多边形法计算风偏角；也可以是通过测量绝缘子串附近的风速、风向、温度、湿度等参数，利用风偏角计算公式计算风偏角，从而实时监测输电线路全线各绝缘子串风偏角的分布状况，为指导线路故障排查、隐患排查提供了简单可靠的技术手段，该装置可以设置于风区分布图中风速极大的特殊区域和曾经发生过风偏放电的直线塔悬垂串或耐张塔跳线；或常年风速过大且与主导风向垂直的档距；或典型微地形区域及飑线风易发区域，风偏监测装置的技术指标配置如表8所示。

表8风偏监测装置技术指标配置

所述现场污秽度监测装置利用传感器进行数据采集，同时结合无线传输和数据处理技术，可完成对各种电气设备的24小时状况监控，及时做出设备诊断和状态评估预测。将现场污秽度监测装置用于对线路各种状态参量开展的监测，能有助于及时发现和消除线路异常状况，确保输电设备的安全，指导线路检修和清扫，为线路维护和检修提供可靠依据，该装置可以设置于人工测量开展困难的区域及需要短期高频率监测的特殊污秽区域；重要输电通道主要污染源区域；曾经发生过污闪事故或现有爬距不满足要求的区域。现场污秽度监测终端的基本参数配置如表9所示。

表9现场污秽度监测装置技术指标配置

序号	配置参数	测量范围	误差
				1	盐密值	0mg/cm<sup>2</sup>～1.0mg/cm<sup>2</sup>	±10％
2	灰密值	0mg/cm<sup>2</sup>～2.0mg/cm<sup>2</sup>	±10％

所述泄露电流监测装置通过传感器对输电线路是否有电流泄露进行监控，确保输电设备和巡检人员安全。所述金具监测模块包括金具温度装置，用于对输电线路金具温度进行监测；所述接地装置监测模块包括接地电阻监测装置，用于测量输电线路接地电阻阻值；所述附属设置监测模块包括拉线张力监测装置，用于测量输电线路张力。

作为一种优选的示例，前述实施例中的微风振动监测装置还可以采用靶标装置和激光发射装置，所述激光发射装置设置在输电线路导线上，所述靶标装置设置在杆塔上，靶标装置用于接收激光发射装置发射的激光束并根据激光束的移动幅度计算输电线路导线的振动幅值。

具体的，所述靶标装置包括一壳体，所述壳体侧面设有光敏传感器阵列，壳体内设有处理单元和通讯单元，所述光敏传感器阵列、通讯单元分别与处理单元电连接，光敏传感器阵列用于接收激光发射装置发射的激光束并在接收区域产生相应的电信号发送到处理单元。当输电线路导线由于微风产生振动时，激光发射装置照射在光敏传感器阵列上的激光点的轨迹会发生改变，轨迹上的光敏传感器会依次产生相应的电信号并发送到处理单元，所述处理单元根据电信号计算输电线路导线的振幅和振频等数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述装置包括通道环境监测装置和线路本体监测装置，所述通道环境监测装置包括气象环境监测模块和通道状况监测模块，所述线路本体监测装置包括基础监测模块、杆塔监测模块、导地线监测模块、绝缘子串监测模块、金具监测模块、接地装置监测模块和附属设施监测模块，通道环境监测装置和线路本体监测装置均与安全通信网络相连接，通过安全通信网络与主站系统进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述安全通信网络包括节点设备和路由设备，所述节点设备用于与多个通道环境监测装置、线路本体监测装置通信连接以获取监测数据，所述路由设备用于与多个节点设备相连接以获取监测数据并发送到主站系统。

3.根据权利要求2所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述节点设备与路由设备的通信链路中设有安全隔离装置。

4.根据权利要求1所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述气象环境监测模块包括微气象监测装置，所述通道状况监测模块包括图像监控装置、视频监控装置中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述基础监测模块包括基础沉降监测装置、地质滑坡监测装置中的一种或多种；所述杆塔监测模块包括杆塔倾斜监测装置；所述导地线监测模块包括覆冰监测装置、微风振动监测装置、舞动监测装置、导线温度监测装置、导线弧垂监测装置中的一种或多种；所述绝缘子串监测模块包括风偏监测装置、现场污秽度监测装置、泄露电流监测装置中的一种或多种；所述金具监测模块包括金具温度装置；所述接地装置监测模块包括接地电阻监测装置；所述附属设置监测模块包括拉线张力监测装置。

6.根据权利要求5所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述微风振动监测装置包括靶标装置和激光发射装置，所述激光发射装置设置在输电线路导线上，所述靶标装置设置在杆塔上，靶标装置用于接收激光发射装置发射的激光束并根据激光束的移动幅度计算输电线路导线的振动幅值。

7.根据权利要求6所述的一种架空输电线路在线监测装置，其特征在于，所述靶标装置包括一壳体，所述壳体侧面设有光敏传感器阵列，壳体内设有处理单元和通讯单元，所述光敏传感器阵列、通讯单元分别与处理单元电连接，光敏传感器阵列用于接收激光发射装置发射的激光束并在接收区域产生相应的电信号发送到处理单元。

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