输电线路状态安全监测技术在湖南电网的应用.pdf

第3 l 卷第1 期 湖南电力 H U N A N E I J E C T R I C P O WE R 2 0 1 1年 2月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 1 1 O 1 0 0 2 输电线路状态安全监测技术在湖南电网的应用 周挺，张红先，周卫华，沈志舒 ( 湖南省 电力公 司试验研究院，湖南 长沙4 1 0 0 7 ) 摘要 ：湖南电网输电线路运行状态的安全监测 目前主要基于覆冰监测与预警系统、山 火监测与顸警系统以及雷电定位系统。本文详细介绍上述各个系统在湖南电网的应用情 况和应用效果。并根据应用过程中存在的问题与不足，结合当前电网的发展需要，提出 改进建议。 关键词 ：输 电线路 ；运行状 态；安全监测 中图分类号 ：T M7 2 6 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 1 ) O 1 0 0 0 5 0 5 S a f e t y mo n i t o r i n g t e c h n o l o g y o f e l e c t r i c t r a n s mi s s i o n l i n e s in Hu n an p o we r g r i d Z HOU T i n g，Z HANG Ho n g - x i a n，Z HO U We i - h u a ，S HEN Z h i - s h u ( H u n a n E l e c t r i c P o w e r T e s t &R e s e a r c h I n s ti t u t e ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：S a f e t y mo n i t o rin g t e c h n do g y o f r u n n i n g s t a t e f o r e l e c t r i c t r a n s mi s s i o n l i n e s o f Hu n a n p o we r d wa s ma i n l y a p p l ie d i n i c i n g mo n i t o r i n g， wa r n i n g s y s t e m ， mo un t a i n fi r e mo n i t o rin g， p r e wa r n i n g s y s t e m a n d l i g h t i n g l o c a t i n g s y s t e m T h e a p p l i c a t i o n a n d e ff c t o f s a f e ty mo n i t o rin g t e c h n o l o g y i n Hu n a n p o we r d a r e i n t r o du c e d an d t h e i mp r o v e me n t s u g g e s t i o n s a r e p r e s e n t e d a c c o r d i n g t o t h e p r o b l e ms an d s h o r t a g e i n t h e s y s t e m a p p l i c a t i o n p r o c e s s c o mb i n ed wi t h t h e r e q u i r e me n t o f t h e p o we r d d e v e l o p me n t Ke y wo r d s：e l ect r i c t r a n s mi s s i o n l i n e s ；run n i n g s t a t e；s a f e ty mo n i t o r i n g 湖南地处我国中部地区，常年受冰灾、雷害、 污秽、山火、树枝碰线、大风、腐蚀、鸟害等 自 然 灾害和外力破坏事件困扰。加强输电线路运行状态 的安全监测，对减少线路因自 然灾害或外力破坏引 起的线路跳闸事故及提高线路安全稳定运行水平具 有重大意义。自2 0 0 5年以来，湖南省电力公司试 验研究院投入了大量的人力、物力和财力在输电线 路运行状态安全监测领域开展攻关 ，开发 了覆冰监 测与预警系统 ( 含微气象和绝缘子污秽) 、山火监 测与预警系统、雷电定位系统等。目前上述系统已 广泛应用于各条输电线路，对于监测线路状态，确 保电网安全稳定运行起到了重要作用。 1 安全监测技术的主要 内容及应用 1 1 覆冰监测与预警系统 湖南地区属冰冻易发区，自2 O世纪五、六十 年代以来，为及时掌握输电线路的覆冰情况，湖南 收稿日期： 2 0 1 0 0 7 2 8 电网建立了完善的防冻融冰观测体系，在易结冰的 输电线路附近，建立观冰哨。每当进入防冻融冰 期，各单位组织专人，进驻观冰哨对输电线路覆冰 情况进行人工观测。由于观冰哨一般海拔较高 ，交 通极为不便，观测人员在观冰哨生活困难，工作条 件异常艰苦。针对这一情况，自2 0 0 5年湖南电网 局部地区遭受雨雪冰冻灾害以后，湖南省电力公司 试验研究院自主开发了电网覆冰监测与预警系统， 该系统通过安装于杆塔上的一套嵌入式装置作为数 据平台 ( 如图 l 所示) ，经由 G P R S( C D M A )网 络与 I n t e m e t 进行连接，将杆塔所在处的实时图像 和温度、湿度、风速、风向、雨量、绝缘子泄漏电 流、杆塔应力等参数传送到中心服务器，通过对采 集到数据进行计算及诊断后，以 We b的形式向各 单位进行发布 ( 系统原理图如图2所示) 。系统采 用分割阈值等图像处理技术，实现了导线覆冰厚度 的自动识别。系统能耗低，采用太阳能加蓄电池的 5 第3 1 卷第1 期 湖南电力 2 0 1 1 年2月 方式进行供电，即使出现连续 6 0天阴雨天气，也 可持续稳定运行，采用的红外线跟踪摄像技术还可 满足夜间拍摄的要求。2 0 0 8年电网冰灾 以后，结 合多年的监测数据和覆冰增长试验结果，得出了电 网覆冰厚度增长预测模型。以该模型作为依据，结 合气象预报提供的温度、雨量、风速预报结果，使 系统具备了对导线覆冰厚度进行预测的功能。通过 覆冰监测与预警系统的应用，实现了对输电线路覆 冰情况的智能化监测和预警 ， 大大减轻了人工观冰 的劳动强度， 确保了覆冰信息的及时性和准确性。 图 1 覆冰监测与预警 系统 图2 覆 冰监测与预警系统原理 图 1 2 山火监测与预警系统 湖南地区森林覆盖率高，老百姓又有上坟、烧 荒等习俗，在每年的2 4月，经常发生输电线路 山火跳闸事故，山火已成为危害湖南电网安全稳定 运行的重要因素之一。以前，在应对山火方面措施 十分有限，主要是加强宣传和巡视，这种方式工作 量大， 且收效甚微。2 0 0 9年湖南电力公司试验研 6 究院在广泛调研收资和深入分析山火发生特点的基 础上，开发了山火监测与预警系统。该系统通过接 收卫星红外数据进行热点识别 ( 见图3 ) ，结合林 业部门人工报送的火点信息，综合诊断后将发热源 所在点的经纬度坐标标注在线路地理接线图上，并 以We b 形式向各单位进行发布，山火监测与预警 系统卫星接收装置原理如图4所示。系统还可综合 已有的火点信息、后续多天的天气预报和工农业生 产特点 ，进行大面积山火预报 ，为减少 山火跳闸事 故提供预警服务。 图 3 山火识别示意图 图4 山火监测与预警系统卫星接收装置原理 1 3 雷电定位 系统 湖南是一个多雷的省份 ，历年来雷击一直都是 第3 1 卷第1 期 周挺等：输电线路状态安全监测技术在湖南电网的应用 2 0 1 1 年2月 引起线路跳闸的首要原因。为掌握湖南地区落雷分 布规律，科学指导雷击跳闸故障的查找分析，并有 针对性的开展线路防雷工作，湖南省电力公司试验 研究院从 1 9 9 3 开始启动雷电定位系统的建设工作， 系统于 1 9 9 7 年正式建成并投人运行。该系统采用 方向定位和时差定位相结合的方式，以 G I S( 地理 信息系统) 、G P S( 全球卫星定位系统 )和 R T S ( 实时监测系统)为依托，能够大面积全 自动实时 监测雷电发生的时间、地点、幅值、极性和回击次 数等特征参数，并可结合线路坐标数据库系统进行 输电线路雷击故障点查找指导以及雷暴预警 ，实现 了输电线路雷电定位查询、雷电参数统计分析等功 能。系统采用 3层的 C S ，B S模式与用户交互 ( 雷电定位系统结构示意图见图5 ) ， 所有数据和信 息均采用可视化 图形方式直观地在计算机屏幕上展 示 ，并以 We b方式发布 ，用户 可通 过网页浏览 的 方式直接访问数据库信息，方便、快捷。通过雷电 定位系统对雷电活动规律进行研究，还可为电网规 划、建设提供防雷设计的依据。目前的湖南省雷电 定位系统如图6 所示。 ： ： _ 蟹 。f。 。f。 f ， 上 _ 境 ” 霹 叠 I I 嗍 I j ； - - - _ 1 工 i 。 图5 雷电定位 系统结构示意图 2 安全监测技术应用效果 2 1 覆冰监测与预警系统 该系统 自2 0 0 5年首次投运以来，已推广应用 达2 3 7 套 ( 如图7 所示) ， 基本覆盖了湖南2 2 0 k V 及以上输电线路的中、重冰区。在历年的防冻融冰 期间，及时准确地监测到了现场覆冰图像 ，为电网 抗冰工作提供了指导。特别是 2 0 0 8年湖南 电网冰 灾期间，实时监测到覆冰图像和气象数据 ( 现场 监测情况如图8 所示) ，为电网抗冰融冰提供了指 图 6 雷电定位 系统界 面 图7 覆冰监测与预警系统布点情况 导，并为编写湖南冰灾技术分析报告、绘制冰区图 提供了大量韵基础数据 ( 冰区分布图如图 9所 示) 。在 2 0 0 9 -2 0 1 0 年的防冻融冰期间， 依托覆冰 监测与预警系统开展了电网覆冰长期预测、中期预 测、短期预测以及冰情预警等工作，及 时通过 O A 、短信等方式向各单位发布覆冰预报信息、冰 情监测数据和冰情预警信息等共 2 4 9 条次，预测准 确率达 9 8 以上，为保障三峡电力送出以及湖南 电网的安全运行提供了可靠保障。系统的投运，每 年可节省防冻融冰观测人力成本开支达数千万元， 给湖南电网防冻融冰工作带来了革命性的变化。 ， 7 第3 1 卷第1 期 湖南电力 2 0 1 1 年2月 雷电定位系统正式应用以来，指导全省 2 2 0 k V及 以上输电线路雷击故障点查找 3 0 0 余次，对线路故 障性质的辨识和防雷改造提供了数据支持。雷电定 表 1 2 0 0 9年清明期间山火预报结论与 实际情况对比 日期 预 报 实际结果 2 o o 9 0 4 04 图 8 监测现场情况 ( 2 2 0 k V黔平线) 0 o 9 - o 4 0 图9 利用系统监测数据绘制的冰区分布图 2 2 山火监测与预警系统 湖南省电力公司试验研究院依托山火监测与预 警系统，在山火多发时期及时对输电线路附近的山 火险隋进行了分析和预报，有效指导了输电线路防 山火工作。以 2 0 0 9 ，2 0 1 0年清明期间湖南电网山 火预报信息为例，预报准确度达 1 0 0 ( 见表 1 ， 2 ) ，为线路防山火提供了重要参考，使线路防山 火工作更具针对性。 2 3 雷电定位 系统 湖南雷电定位系统经过多次增容改造，目前已 在全省及周边省份布置雷电探测站 2 3 个 ( 如图 1 0 所示) ，平均定位精度在 1 2 k m以内。实现了对 湖南电网、 8 0 0 k V特高压复奉直流线路湖南段 和 4 - 5 0 0 k V江城直流线路湖南、广东段的有效 雷 电监测，在电网安全稳定运行中发挥了重要作用。 8 无线路发生 山火跳 闸 无线路发生 山火跳 闸 全省天气均已转好， 气温 明显上升， 最 高气温 1 9 2 3 ， 最低气温 91 1 。 全省大部分地区仍然以北风为主， 风力 2 0 09 0 4 0 6 莲 孳 嚷 分 析 ： 湘 南 火 险 等 级 维 持 为 1 级， 其它地区为2 级。考虑清明时节已 过 ， 上坟 活动会 明显 减少 ， 发 生大 面积 山火的可能性较小 。 表 2 2 0 1 0年清明期间山火预报结论与 实际情况对 比 日期 预 报 实 际结果 2 0 1 0 0 4 0 4 无线路发生 山火跳闸 预计 4月 5 E l 晚到 4月 6日白天， 湘 中 以南地区及湘西南地区阴天有中等阵 雨或雷阵雨， 局部大到暴雨 ， 其它地区 多云转阴天有小到中等阵雨或雷阵雨； 南风 2 3级转北 风 34级 ； 4月 6 日 2 o 1 0 04 0 5 最 1 2 高 气 1 4 温 。巧 4 月 日 最 低 气 温 骛 莲 全省大部分地 区不具备山火发生的气 象条件 ， 由于 4月 6日正值清明节期 间， 火 源较 多， 对 于没有 降水 的地 区发 生山火的可能性较大， 但是不易形成大 面积 山火 。 需注意预 防 预计4月6日晚到4月 7日白天， 湘中 以南阴天有小到中雨或雷阵雨， 局部地 区中到大雨； 其他地区阴天有小雨； 湘 东北风 5 6 级减小到 3 4级， 其他地 区北风 3 4 级； 明天最高气温湘东、 湘 z o o 04 0 6 塞 量 区 ， 明 天 器 全省大部分地区不具备山火发生的气 象条件， 由于 4月 7日正值清明节期 间， 火源较多， 对于没有降水的地区发 生山火的可能性较大 ， 但是不易形成大 面积山火 ， 需注意预防 一一一 一一 一一一 一一一 隧 砒 一一 一一一 以气 是 刘 一一 。一一 一一一一一 一 州脯 一 。 脯 天一百 风易等为 省多北 北狂险南 全化相愠酉不火粗 岳 张永 益邵吉郴 帅 叭 绦大北大宴婀大南大 长最湘最湘最湘最湘 最 第3 1 卷第1 期 周挺等：输电线路状态安全监测技术在湖南电网的应用 2 0 1 1 年2月 位系统积累的十多年的雷电数据，为分析湖南地区 的落雷分布规律提供了依据，同时也为湖南境内超 ( 特)高压新建线路工程的防雷设计提供了强有力 的数据支撑，产生的经济效益达数千万元。 图 1 0 雷电定位 系统探测站分布图 3 结论及建议 输电线路分布广、跨度大，所处的气候、地形 条件复杂多变 ，运行过程 中极易受到外部环境的影 响。覆冰监测与预警系统 、山火监测与预警系统以 及雷电定位系统 的推广应用 ，实现 了对输电线路运 行状态的有效监测，对于确保线路安全稳定运行具 有重要 的指导意义。 随着特高压电网和智能电网的建设，输电线路 状态安全监测工作将越来越重要，在许