全国输电线路状态检修及在线监测装置应用及开展情况调研与分析.ppt

全国输电线路状态检修及在线监测装置应用及开展情况调研与分析 1 输电线路状态检修概念及意义 输电线路设备状态维修是一种先进的维修管理方式 能有效地克服定期维修造成设备过修或失修的问题 可给电力系统及社会带来巨大的经济效益 通过状态检修 能根据设备检测采集的数据 结合设备健康状态表达模型及健康指示参数 运用智能决策算法诊断出设备当前的健康状态 并预测设备寿命 如有需要提出检修建议计划 输电线路是电力系统的主干网络 包括绝缘子 金具 杆塔和输电线等设备和器材 它广泛分布在平原及高山峻岭 直接暴露于风雪雨露等自然环境之中 同时还受到洪水 滑坡等自然灾害的损害 运行环境相当恶劣 电力系统的安全可靠性运行至关重要 输电线路可靠性及运行情况直接决定着电力系统的稳定和安全 检修是保证输电设备健康运行的必要手段 做好输电设备的检修工作及早发现事故隐患并及时予以排除 使其始终以良好的状态投入运行具有重要的意义 尤其是电力系统向高电压 大容量 互联网发展 其重要性更加突出 状态检修是以设备的当前实际的工作状况为依据 通过先进的状态监测手段 可靠性评价手段以及寿命预测手段 综合各种设备的状态信息 判断设备的状态 识别故障早期征兆 对故障部位及其严重程度 故障发展趋势做出判断 并根据分析诊断的结果在设备性能下降到一定程度或故障将要发生前进行检修 输电线路设备管理是电力企业设备管理的重要组成部分 检修管理的优劣 对线路的健康状况 运行性能以及供电的可靠性影响极大 输电线路状态检修是一种先进的检修管理方式 能有效地克服定期检修造成设备过修或失修的问题 大幅度提高供电可靠性 可给电力系统及社会带来巨大的经济效益 需要在今后大力推广 1 1输电线路设备检修发展过程 我国输电线路设备检修方式的发展大致经历了这样的三个阶段 即从事后检修发展到定期检修再向状态检修 事后检修是50年代以前主要采用的方式 就是在设备发生了故障或事故以后才进行检修 这是基于那时没有形成现在这样庞大的网络 因此设备发生故障时影响面小 同时大部分设备简单 人们对电力依赖性不强 所以当时只进行简单的日常维护和检修 没有开展系统检修和管理 定期检修是从1954年在电力系统各种设备发展起来的检修管理制度 这是预防性检修体系的一种方法 其检修等级 周期 均按照主管部门颁发的全国统一的规程规定执行 检修项目统一 检修间隔统一 检修工期统一 这种传统的检修制度 在以往的定检中也确实发现了设备的缺陷和故障 并及时消除 曾起到一定的积极作用 但是 随着供电技术装备水平的提高和改革的深入 定期检修制度的不足也越来越显现出来 定期检修制度一般情况下对设备的运行状态不加判断 即到了预定的大 中 小修周期便安排人力 物力 进行检修工作 通常检修工作完成之后也缺乏必要的与之相适应的判断检修质量的检测手段即检测装置 因而由于设备检修后处理不当而酿成的事故例子屡见不鲜 同时定期检修还存在一定的 检修不足 对该检修的设备没有进行检修 其原因或是试验方法 设备有问题 或是有的缺陷未被发现 或是检修任务重 时间紧 造成该修的设备没修 从而使设备发生故障而引起损失 定期检修造成检修费用浪费 提高了电能成本 状态检修是一种先进的设备检修管理机制 是社会生产力的发展在检修领域的具体体现 状态检修的技术基础是设备状态的准确评价 根据监测手段所获取的各种状态信息 分析故障发生的现象 评估故障发展的趋势 依据设备的重要程度而采用不同的检修策略 并合理地安排检修时间和检修项目 使设备状态 可控 在控 保证电力设备安全经济运行 状态检修起源于20世纪60年代美国航空工业 接着在军舰的检修 核工业的检修中采用 并很快在电力行业中采用 现今在国外 例如美国 加拿大 法国等国家已经推行输变电设备状态检修的先进方法多年 他们具备完善的监测系统 先进的测量设备 以及一整套科学的管理方法 我国输电线路的状态检修工作仍处在探索 研究 试行的阶段 由于我国的国情和设备情况不同于国外 应在借鉴国外先进的方法 设备的同时 结合实际建立一整套科学的管理模式 实时监测系统以及各类监测设备 建立综合分析状态信息智能专家系统 从而实现输电线路状态检修 1 2输电线路状态检修所需的技术支持1 2 1状态检修的含义状态检修是以设备的当前实际的工作状况为依据 通过先进的状态监测手段 可靠性评价手段以及寿命预测手段 综合各种设备的状态信息 判断设备的状态 识别故障早期征兆 对故障部位及其严重程度 故障发展趋势做出判断 并根据分析诊断的结果 在设备性能下降到一定程度或故障将要发生前进行检修 状态检修包括以可靠性为中心的检修 ReliabilityCenteredMaintenance RCM 预测性检修 PredictiveMaintenance PDM 两个互相紧密联系而又不同技术领域的内容 以可靠性为中心的检修是在对元件的可能故障对整个系统可靠性影响评估的基础上决定检修计划的一种检修策略 RCM技术是20世纪60年代初首先采用的状态检修方式 在电力系统中通常采用RCM技术开展发电厂 变电站设备的状态检修 通常整体设备检修可采用RCM技术 预测性检修是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排检修的技术 其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析 以决定设备 部件 是否需要立即退出运行和应及时采取的措施 通常具体关键设备检修采用预测性检修技术 1 2 2输电线路状态检测的项目输电线路的缺陷按线路本体 附属设施缺陷和外部隐患可分为三大类 a 设备本体缺陷 包括基础 杆塔 导地线 绝缘子 金具 接地装置等发生的缺陷 b 附属设施缺陷 包括附加在线路本体上的各类标志牌 警告牌及各种技术监测设备出现的缺陷 c 外部隐患 包括外部环境变化对线路的安全运行已构成某种潜在性威胁情况 如在保护区内兴建房屋 植树 堆物 取土线下作业等对线路造成的影响 有些缺陷线路巡视人员可以直接观察到 这些缺陷可以在线路正常运行的情况下 通过带电作业处理掉 巡视人员不能直接观察到的缺陷就必须使用仪器进行检测 目前已经开展的状态检测的项目一般有如下三项 a 检测线路绝缘子的等值附盐密度 根据不同地区情况及运行经验获取经验值 临界 值 据此指导绝缘子清扫工作 b 检测瓷绝缘子的劣化率 按 劣化盘形悬式绝缘子检测规程 的规定并根据使用条件 耐张 直线 年限及年平均零值率 指导线路零值绝缘子的检测工作 或制订检测周期 c 用红外测温仪器检测线路金具的运行温度 以金具正常运行时的温度为参考 当运行温度超过正常运行温度时 根据超过的程度来指导检修如何进行处理 跟踪测量 还是更换设备 此类设备包括 导线接续管 耐张线夹 并沟线夹 引流板等 实施状态检修是在运行人员和检修人员随时了解设备状态和对存在潜在故障的设备加强监视的情况下进行的 它是建立在带电监测和故障诊断广泛实行的基础上 进行综合检修决策 1 2 3完全实现状态检修需要的技术支持a 状态信息库的建立输电线路状态信息库的建立是进行状态检修的基础 所有采集的线路状态信息必须要进入信息库进行管理 输电线路状态信息库包含的内容是非常复杂和详细的 完善输电线路生产管理系统 MIS 和输电线路地理信息系统 GIS 数据 运行人员要及时把巡视情况和各种测试记录录入系统 使系统能够正确反映线路的状态 以便进行检修决策 输电线路地理信息系统 GIS 输电线路生产管理信息系统 MIS 已在各地推广使用 线路的状态信息都已进入系统 可以实现对状态数据的管理 已成为我们日常工作中不可缺少的工具和得力助手 输电线路状态信息综合评估系统和整个供电企业的管理系统目前已初步研发成功 尚不成熟 所以状态评估和检修决策这部分工作要由人工来完成 状态评估每季度进行一次 汇总线路的状态数据 根据 架空输电线路设备评级管理办法 对线路进行评级 根据评级的结果 有针对性地提出线路升级方案和下一年度的大修 改进项目 b 复杂大系统的可靠性评价 电力系统是一个复杂的大系统 综合的可靠性评估是RCM技术中关键技术 也是可靠性工程的重要组成部分 可靠性评估是根据设备的可靠性结构 寿命模型及试验信息 利用统计方法和手段 对评价系统可靠性的性能指标给出估计的过程 对复杂大系统的可靠性评估一直是难题 主要原因是由于费用和试验组织等方面的原因 不可能进行大量的系统级可靠性试验 而只能利用单元试验信息 如何充分利用单元和系统的各种信息对系统可靠性进行精确的评估是相当复杂的问题 c 先进的监测系统及其他途径获得各种状态信息 d 故障严重性分析 现在对故障 缺陷的评定方法还都是以人为主的办法来区分 由于区分故障严重性是确定设备是否退出运行的关键性指标 因此还需要进一步深入研究线路的故障严重性分类及其分析方法 同时建立故障分析的仿真模型 建立具有人工智能的判据库 实现故障的诊断和预测 e 积极开展带电作业 现今带电检修设备的技术逐步提高 如果实现部分元件的带电检修 就可以提高线路运行的可用率 保证整个系统的可靠性 现在电力线路可以带电检修80 的检修任务 因此需要进一步进行带电作业工作的研究 f 寿命估计 对设备寿命估计是对线路更新的基本依据 目前所采用的基本方法是在大量的实验基础上利用概率的相关知识 如使用CICGE 方法对绝缘子老化进行估计 从而得到设备的剩余寿命 2输电线路状态检修及在线监测装置应用开展现状2 1检修模式及运行管理情况近年来 电力部门十分重视输电线路状态检修 投入巨大的人力物力开展输电线路状态检修的研究和试点工作 输电线路状态检修导则 输电线路运行状态评估标准 基于在线监测和GIS的输电线路管理系统相继推出并应用 使输电线路检修模式及运行管理逐步科学化 取得了许多的成功经验 为今后的全面展开打下良好的基础 由于有的在线监测系统 或装置 的可靠性还不高 其应用仍在积累经验的是运行状态 输电线路状态检修的导则也刚出台 输电线路运行状态评估标准不够完善统一 因此 我国现阶段输电线路仍然实施以定期检修为主 状态检修为辅的检修方式并逐步向状态检修方式过渡 有地方已试行状态停电检修 并形成了一套状态停电检修的管理办法 依靠推广有效的监测手段和长期以来积累的运行检修经验 认真细致地开展设备评估 逐步由固定的周期性停电检修过渡到不定期的状态停电检修 一些重要的输电线路运行状态和故障信息是随着环境和输电线路的运行状况不断变化的 直接影响输电线路的安全稳定运行 一般情况下难以获得实时的检测数据 这些状态和信息包括正常运行及故障状态信息 如 绝缘子泄漏电流的变化及污秽的发展情况 零值绝缘子的出现 导线弧垂及温度的变化 气候和环境状况的变化 输电线路覆冰和舞动 杆塔和线路的外力破坏 线路高阻单相接地故障 线路故障位置等 这些输电线路的正常或故障运行状态与输电线路安全运行息息相关 但目前大都依靠人工在特定的条件下进行检测 随着电网容量的不断扩大 设备大量增加 对输电线路实时的运行状态的监测越来越困难 即使在特定条件下的检测也需要大量的人力 供电单位已力不从心 且一些线路设备安装在维护人员很难到达的地方 无法获得实时数据 在这种情况下 输电线路的运行状态和故障隐患的不可知性与大电网安全稳定运行的矛盾日趋突出 近年来 基于无线通信网络对输电线路特定状态进行在线监测的相关监测装置有不少在国内外电力公司挂网运行 比较成熟的有绝缘子污秽在线监测 导线温度在线监测 图像实时监控等 但这些装置大都只具单一功能 当需要新的监测数据时须安装新的监测装置和相应的后台软件 这样不但造成了重复建设和投资 增大了维护工作量 降低了系统可靠性 且不同厂商和设备间的信息很难交流 兼容性差 限制了监测装置的功效 另一方面 现有的输电线路监测系统大都是对单个设施或监测量的监测 缺乏科学合理的综合状态评估系统 难以对线路的状态作准确的描述 不利于运行或检修计划的制定 因此 亟待建立一个统一的输电线路运行状态实时监测装置 对影响系统运行的重要状态进行在线监测 帮助线路维护和运行人员全面准确地掌握输电线路的实时运行状态 为输电线路的检修和安全 稳定 可靠运行奠定坚实的基础 2 2输电线路在线监测装置的功能描述 目前用于输电线路在线监测装置主要有线路电气绝缘监测 机械力学监测 线路环境监测等几类 具体来说有 1 劣质或零值绝缘子在线监测 2 绝缘子污秽在线监测 3 绝缘子线路覆冰在线监测 4 输电线路导线覆冰在线监测 5 输电线路雷电流行波在线监测装置 6 输电线路温度和弧垂在线监测 7 接地电阻自动监测 8 输电线路拉线防盗在线监测研究 9 高压输电线路接点温升在线监测 10 输电线路无线远程连续视频在线监测 11 输电线路远红外热成像监测 各类在线监测系统一般均具有 先进的传感器技术 计算机与信息处理技术 GPRS GSM通讯系统 专家分析系统及较为完备的数据信息库 同时专家分析系统可嵌入电力系统MIS网 查询方式灵活多样等功能 目前输电线路全工况监测系统和输电线路GIS地理信息系统已在各地试运行和完善之中 有的已取得良好的经济效益 如湖南的输电线路覆冰视频监测系统在2008年冰害的预警 监测 辅助决策中发挥了一定作用 输电线路全工况监测系统主要由监控中心主机 线路监测数据采集终端 专家软件组成 系统以后台监控分析为主 前台采集传输为辅 在线路杆塔安装一台线路监测数据采集终端 数据采集终端定时 实时完成环境温度 湿度 风速 风向 该杆塔的倾斜角 导线张力 绝缘子的风偏角以及现场图片等信息的采集 将其通过DTU GPRS CDMA通信模块 发送至监控中心 后台专家分析软件则利用各种修正理论模型 试验结果和现场运行结果来判断输电线路的覆冰及舞动状况 及时给出预报警信息 有效防止冰害事故的发生 监控中心还可对线路监测数据采集终端进行远程参数设置 如采样时间间隔 实时数据请求等 监测系统结构示意图如图所示 从实现功能上将系统分为如下8个子系统 导线等值覆冰厚度在线监测系统通过在线测量绝缘子垂直荷载的变量 建立在一个垂直挡距单元内导线自重 风压系数 导线截面 组合形式 风速 风向等 绝缘子倾斜角 绝缘子垂直荷重和导线等值覆冰厚度的数学模型 适时检测在一个垂直挡距单元内等值覆冰厚度的变化 再根据线路设计标准 为用户提供予警值 象数据监测系统测量小气象环境的温度 湿度 风速 风向等 为系统计算模型提供参数 杆塔受力状况分析系统相邻档的不均匀覆冰或线路不同期脱冰会产生张力差 损坏金具 导线和绝缘子及使导线电气间隙减少 发生闪络 也有可能破坏杆塔 通过在线监测绝缘子倾斜度及绝缘子垂直荷载 建立杆塔三维受力状态的数学模型 适时监控杆塔受力状态的变化 并根据杆塔设计参数提供予警值 适时监测杆塔受力状况 在恶劣气候和异常情况下 进行杆塔受力分析 在最大限度的条件下 杜绝不平衡张力造成倒塔事故的发生 风偏状态分析系统通过在线监测绝缘子倾斜度以及风向 风速 建立绝缘子倾斜度 风向 风速和风偏系数 设计值 的数学模型 找出在不同的气象条件下 风偏系数和电气距离之间的对应关系 验证风偏系数取值的合理性 为线路设计和改造提供依据 视频在线监测系统采用现代视频技术 获取半球水平360 旋转 垂直向下任一点的图片 景深范围可在200 400米内选择 图片通过GPRS CDMA技术将需要的图片传至接受系统 导线应力 水平应力 垂直应力 监测系统通过在线测量导线垂直应力和水平应力的变化量 建立导线应力变化在不同的气象条件 覆冰 风向 风速 和导线舞动状态下的数学模型 分析气象条件与导线应力变化量之间的对应关系 根据设计要求和导线的机械特性提出预警值 导线振动监测系统不均匀覆冰或冰 风荷载的作用使导线产生自激振荡和低频率的舞动 造成金具损坏 导线断股 断线和杆塔倾斜或倒塌等机械及电气事故 绝缘子泄漏电流监测系统可有效防止绝缘子冰闪事故 冰中含有污秽等导电杂质造成冰闪 从污秽绝缘子和覆冰绝缘子的耐受电压和闪络机理可发现其相似性 2 3输电线路在线监测技术现状分析2 3 1绝缘子污秽在线监测2 3 1 1泄漏电流在线监测 绝缘子表面泄漏电流是电压 气候 污秽三要素的综合反映 因此可将绝缘子表面泄漏电流作为监测绝缘子污秽程度的特征量 泄漏电流在线监测是利用泄漏电流沿面形成的原理 在绝缘子接地侧通过引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流 利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值 如峰值平均值 峰值最大值或大电流脉冲数 通过无线传输与有线传输相结合 将数据传输到数据总站 运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析 对绝缘子的积污状况作出评估和预测 目前 泄漏电流在线监测技术的研究已开展多年 但在实际应用中仍存在大量问题 主要问题有 现场运行经验和人工污闪试验表明 泄漏电流和现场污秽度没有明确的一一对应关系 泄漏电流的大小还与所用绝缘子的类型 材料 伞型 盘径 污秽成分 等值盐密 灰密 气象条件等多种因素有关 根据泄漏电流判定绝缘子运行状况及预警区间 目前还没有权威的标准可循 也没有积累足够多的运行数据 还要依靠操作人员的经验来确定清洗或维修临界值 其准确度不高 这也是影响泄漏电流在线监测技术应用的主要因素 装置的运行环境较恶劣 可靠性不高 泄漏电流在线监测装置实际应用成本过高 2 3 1 2污秽度在线监测绝缘子表面的污秽度反映了输电线路的基本绝缘状况 目前世界上一般采用停电的方式测量绝缘子表面污秽度 包括等值盐密和灰密 也有一些研究机构和单位尝试了采用在线监测的方法来测量绝缘子表面污秽等值盐密 但目前尚未见在线测量灰密的报道和文献 目前国内外已有多个单位致力于发展等值盐密的在线监测方法 大多数方法都是通过测量表面泄漏电流来推算出表面等值盐密 1992年 武汉邮电科学研究院研究了光纤传感器测量等值盐密的可行性 得出光强与盐分含量的有关试验结论 论证了采用光纤传感器测量输变电设备外绝缘等值盐密的可行性 2002年河南省电力公司将研制出的等值盐密在线监测系统在河南新乡220kV线路上挂网试运行至今 取得了一定的效果 光纤传感器监测等值盐密是基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理 置于大气中的低损耗石英棒是一个以棒为芯 大气为包层的多模介质光波导 石英棒上无污染时 由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量 其中绝大部分光能在光波导的芯中传输 仅有少部分光能沿芯包界面的包层传输 光波传输过程中光的损耗很小 石英玻璃棒上有污染时 由于污染物改变了高次模及基模的传输条件 同时污染粒子对光能的吸收和散射等会产生光能损耗 通过检测光能参数可计算出传感器表面盐分的含量 将光纤传感器与绝缘子串置于相同环境 通过计算可得出绝缘子表面的等值盐密值 该等值盐密在线监测系统近几年已在我国北方部分地区挂网运行 但该系统目前尚未在各电力公司推广使用 主要是等值盐密测量的准确性有待验证 目前国家电网公司正逐步采用连续积污3 5a的等值盐密和灰密值划分污秽等级 而污秽度的在线测量只能测量盐密 还无法测量灰密 采用等值盐密在线监测技术作为特高压线路状态检修的依据还不成熟 2 3 2雷电在线监测2 3 2 1雷电定位系统雷电探测定位的原理是对雷电发生时伴有的电磁辐射信号等雷电波信息特征量进行测定 再通过算法分析来得到雷电发生的时间 地点 雷电流幅值 极性与回击次数等相关雷电信息 呈现出雷电活动的实时动态图 目前采用的雷电探测定位技术有定向雷电定位技术和时差雷电定位技术 定向雷电定位技术根据2个及以上探测站接收到的雷电电磁信号测定雷电方位角 再根据三角定位原理计算出雷击点的位置 时差定位技术根据电磁信号到达各探测站的时间差来计算雷击位置 根据电磁波的强度来确定雷电流的大小 雷电定位系统对雷电的定位非常有效 便于检修人员及时找到雷击点 在输电线路运行中已广泛应用 雷电定位系统在应用中也存在一些问题 雷电定位系统给出的雷电流幅值无法确定其准确性 存在较大的误差 这在很大程度上影响了线路雷击方式的判定 按雷电定位系统给出的地区雷暴日数较高 与常规方法得出的雷暴日有较大出入 在具体应用中针对雷电定位系统得出的雷电流幅值和雷暴日数目应根据实际情况进行分析 建议配合采用其他手段积累雷电流幅值和雷暴日数目的相关数据 2 3 2 2雷电流在线测量雷电流在线测量可测量雷电流大小 波形参数 有利于判断雷击方式 可积累雷电基础参数 有助于分析雷击输电线路的影响因素 对在各种典型地区有针对性地采取合理有效的防雷措施具有重要作用 线路防雷遇到的一个重要问题是雷击方式的确定 当线路遭受雷击后 事故分析需要知道雷击方式 线路遭受雷击而跳闸的原因有反击和绕击2种 在现场查明雷害事故时 尤其要区分雷击事故是绕击还是反击引起的 有时线路的雷击跳闸由绕击引起 却错误地降低接地电阻 浪费了大量的人力和物力 效果也不明显 一条线路跳闸率高的具体原因 应根据具体情况及线路运行经验仔细分析 这样才能采取合理有效的措施 保证系统安全可靠运行 目前常用的方法是反推法 根据测量到的雷电流大小来确定雷击方式 雷电流小于60kA即判断为绕击 雷电流大于60kA即判断为反击 这种方法明显缺乏足够的说服力 迫切需要其他方法来解决该问题 区分绕击和反击的最好方法是在线路上安装雷电流测量装置 即 寻迹器 雷电寻迹器是能测量雷电流方向 即区分从地端流向导线或从导线侧流向地 的测量表计 它可准确判断是反击还是绕击故障 还可同时获取雷电流幅值及雷电流波头时间的一些重要参数 应用它可进行事故分析 对具体线路的防雷措施提供数据依据 目前 武汉大学已研制成功雷电监测装置 安装在多雷区线路 当线路遭受雷击后 它可以测量雷电流参数 明确判断雷击方式 2 3 3输电线路环境监测输电线路环境监测是通过建立专门的环境监测站跟踪监测输电线路所处地区气象要素的变化 实时向环境监测总站传送气候监测资料以及气候特征分析 气候灾害评价等综合分析报告 这些信息和成果有助于决策部门及时了解气候状况的变化 为及时采取防灾减灾措施 保障输电线路的运行安全提供科学依据 其监测项目包括气压 气温 湿度 风向 风速 降雨量 日照时数 雾日数 雷暴曰数 酸雨 电导率 覆冰情况等气候信息 监测结果对判断分析线路所处环境的恶劣程度及指导运行部门进行外绝缘配置都具有重要意义 同时大气环境监测系统容易实现 便于实际推广 对于特高压线路 可在输电线路典型污秽地区设立环境监测点 如线路经过区域的典型工业污染源 交通污染源 丘陵山区 覆冰区和城镇居民区附近地区等 既掌握了沿线典型区域的环境情况 也有利于节省投资 2 3 4输电线路导线微风振动的监测微风振动是造成高压架空输电线路疲劳断股的主要原因 微风振动对架空线路造成的破坏是长期积累性的 具有较强的隐蔽性 因此对其进行测量既能为防振设计提供科学的依据 又能为消除微风振动产生的隐患 以便及时采取改进措施提供良好的监测手段 微风振动监测通过微风振动监测仪对导线与线夹最后接触点外一定距离处导线相对于线夹的弯曲振幅值 峰峰值 及振动频率进行连续监测 记录实际振动数据 在输电线路关键区段实施微风振动在线监测 实时积累大量数据 对于分析线路运行 改进设计以及寿命评估都将起到不可替代的作用 2 3 5输电线路视频监控输电线路视频监控是通过在施工点附近 人口密集区 林区 开发区 交通繁忙区等危险地点安装线路视频监视装置 实时监视 记录这些危险地点的环境情况 及时发现违章和危及线路安全运行的行为 并及时制止 避免造成事故 同时可观察和记录线路覆冰 覆雪等过程 输电线路视频监控系统可实时观测线路和杆塔状况 同时该系统的介入对线路的运行不构成影响 有利于掌握线路和杆塔状态 对于提高运行的可靠性有积极的作用 考虑到其成本及在恶劣天气条件下 毛毛雨 雾 覆冰等 的观察效果 在高压线路关键位置和特殊恶劣环境条件的杆塔上 如2个大跨越杆塔 可装设视频监控系统 积累运行数据 2 4输电线路带电检测技术现状分析2 4 1紫外检测紫外检测技术利用紫外成像仪接收电晕放电产生的紫外线信号 经处理后成像并与可见光图像叠加 达到确定电晕的位置和强度的目的 检测仪器与被检测对象没有电气接触 紫外检测设备灵敏度高 性能稳定 能有效检测线路电晕放电情况 为输电线路状态检测提供了一种先进手段 紫外成像对于一些外部有电晕和放电的缺陷较为敏感 如导线外部损伤 断股 散股等故障易检测 在一定程度上能够反映一些绝缘子缺陷 如复合绝缘子的护套损伤 电蚀 在雨后或潮湿天气中能观测到 在干燥天气中不明显 对于零值绝缘子的测量判则敏感性较弱 目前 正在开展该检测技术的相关应用研究 使用它观测各种电力设备的故障状态 积累运行经验 方便使用 应用紫外成像法 能够比较迅速 形象 直观地显示出线路的一些运行状态信息 以及较明确给出故障的属性 部位和严重程度 无需另备辅助信号源和各种检测装置 使得该检测方法手段单一 操作方便 与传统人工徒步观测和登杆塔检测方法相比 大大提高了检测效率 同时不受地理环境条件的限制 建议特高压交流输电线路运行中开展紫外成像技术的应用研究 2 4 2红外检测电气设备存在外部或内部故障时 往往伴随着不正常的发热或温度分布异常 红外检测通过探测设备表面的红外辐射信号获得设备的热状态特征 从而对设备有无故障 故障属性 存在位置和严重程度进行判别 红外检测技术具有远距离 不接触 不解体 安全可靠 准确高效地发现设备热缺陷的优点 它既可检测出各种类型的设备外部接触性过热故障 又能比较有效地检测出设备内部导流回路的缺陷和绝缘故障 因而方便有效 并可将故障消除在萌芽状态 红外检测装置有红外测温仪 红外热电视和红外热像仪等 应用时 可根据实际情况合理选用红外测温仪和红外热像仪 对输电线路的关键设备和设备的关键部位定期进行红外检测 建立红外测温数据库 含温升 相对温差等 和红外热像图谱库 并定期做出技术报告并分析 以判断设备是否正常 红外检测技术在超高压系统的应用较为普遍 已有成熟经验 2 4 3超声波检测超声波检测法可用来检测复合绝缘子芯棒裂纹 超声波检测的实现是基于超声波从一种介质进入另一种介质的传播过程中会在两介质的交界面发生反射 折射和模式交换的原理 超声波发生器发射始脉冲进入绝缘子介质 绝缘子有裂纹时 即在时问轴上出现该裂纹的发射波 根据时问轴上缺陷波的大小和位置即可判断绝缘子中的缺陷情况 用超声波检测复合绝缘子机械缺陷时具有操作简单 安全可靠 抗干扰能力强等优点 但由于其存在耦合 衰减及超声波换能器性能问题 在远距离遥测上目前尚未有重大突破 不适合现场检测 主要用于企业生产在线检测以及实验室鉴定 目前市场上已有基于超声波法的绝缘子局部放电远距离侦测器 该仪器由激光定位点 瞄准器 CTRL接换器 集波器 耳机 框架等构成 其工作原理是 通过激光定位被测绝缘子 通过集波器收集绝缘子局部放电产生的超声波并将其转换为音频信号 让检测人员通过耳机来收听 并在仪表上观察强度指示 在现场应用中该法灵敏度较低 实测时复合绝缘子高压端金具经常发生的电晕所产生的背景噪声会淹没绝缘子缺陷所发出的声波 2 4 4电场法检测电场法通过测量绝缘子的电场分布来检测零值绝缘子或复合绝缘子的内绝缘缺陷 运行中的绝缘子 在正常状态下电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的 绝缘子中存在导通性缺陷时 该处电位变为一常数 相应位置的电场将发生畸变 因此 测量绝缘子串的轴向电场分布便可找出绝缘子的绝缘导通性故障 目前 国外已有相关产品 国内华北电力大学也开发了相关的绝缘子带电检测装置 该类设备能在一定程度上检出部分缺陷绝缘子 但需要登塔操作 不方便现场使用 只有少量单位有应用 至今还没有非常适合现场快捷 廉价 有效地检测劣化绝缘子的手段 由于电场法绝缘子带电检测费时 费力 不方便现场使用 要实用化还需继续研究 2 5结论综合2 3 2 4 我们可以得出以下结论 1 由于现有的等值盐密及泄漏电流在线监测还不够成熟 建议仍然采用目前广泛使用的绝缘子现场污秽度离线测量方法 该方式能较为准确地获取线路绝缘子积污状态的第一手信息 在今后仍具有较高的应用价值 2 雷电监测方面可利用已有的雷电定位系统 获得线路雷击情况 便于雷击定位 另一方面应在雷电活动频繁地区积极加装雷电寻迹器 准确测量雷电流 便于分析线路遭受雷击的方式 同时也可积累大量的特高压线路雷电流数据 为今后线路防雷提供基础数据 3 对线路的重要区段尤其是大跨越部分采用导线风偏振动在线监测和视频监控系统 4 鉴于紫外 红外带电检测手段在超高压线路运行状态监测方面已发挥了重要作用 且应用方便 对线路运行无影响 建议全面推广红外检测 紫外检测等成熟的带电检测技术监测高压线路运行状态 5 环境监测系统可监测环境大气温度 湿度 雨水电导率 空气中二氧化硫及各种粉尘 盐分含量 数据传输快捷 便于掌握线路典型地区的环境状况 有利于分析线路运行状态 其应用效果较好 可全面推广 3输电线路状态检修研究情况3 1绝缘子污秽在线检测研究到目前为止 包括我国在内的世界各国已对绝缘子污闪开展了大量的研究工作 研究成果成为科研设计单位和运行部门的重要参考资料 我国还全面展开了电网污区分布图的绘制工作 制定了一系列防污闪技术的政策和管理规定 并于2O世纪9O年代在各电网进行了3次不同程度的输变电设备 特别是输电线路爬距的调整 但污闪事故并未从电网中消失 特别是2O世纪90年代以来我国电网较大规模区域性的污闪事故日益频繁发生 即我国电网的安全运行仍承受着大面积污闪的风险 可见现有的污闪研究成果仍无法满足实际线路运行的需要 在雾 露 毛毛雨等不利气象条件下 污秽绝缘子在较低的电压作用下就可能发生闪络 由污秽引起的绝缘闪络事故目前在电网总事故中己占第二位 仅次于雷害事故 但污闪事故造成的损失却是雷害事故的1O倍 因此人们对污秽绝缘子闪络特性及闪络机理的研究非常重视 并开展了大量的研究工作 取得了一些研究成果 污秽绝缘子闪络特性的研究主要是从试验的角度分析绝缘子在污秽状态下的闪络电压或耐受电压与污秽度之间的关系 以及影响污秽绝缘子闪络特性的因素 本文综述了几十年来国内外研究污秽绝缘子闪络特性的状况 包括污秽绝缘子运行状态的表征方法 污秽绝缘子闪络电压与污秽或气压之间的关系以及尚未解决的问题等 还对未来绝缘子污秽特性的研究进行了展望 研究结果对掌握污秽的危害 了解污秽绝缘子闪络特性 污秽地区外绝缘的选择以及今后研究重点的确定具有一定的参考价值 3 1 1污秽绝缘子运行状态的表征为使高压输电线路和电力设备在污秽地区可靠运行 除对污湿特征和影响程度进行定性划分以外 研究表征污秽绝缘子运行状态的特征量 或称污秽参数 也很重要 根据这些特征量就可确定绝缘子的污秽程度 定量划分污秽水平 为设计和运行维护提供参考依据 随着运行经验的积累和科学测试手段的日益进步 人们对定量划分污秽水平的方法进行了大量的研究 提出了很多污秽参数的表征方法 主要有 等值盐密法 等值盐密是与绝缘子表面每平方厘米面积上附着的污秽中导电物质含量相当的氯化钠 NaCl 数 mg cm2 它只与绝缘子的污秽量 成分和性质有关 虽然反映的是污秽的静态参数 不能反映绝缘子的运行状态 但测量等值盐密比较直观和简单 也能较好地表征绝缘子表面的污染程度 且测量时不需要高压电源 因此被许多国家采用 表面污层电导率法 表面污层电导率是污秽绝缘子表面每平方厘米的电导 uS 该参数是由污秽绝缘子受潮和施加低于运行电压条件下测得的电导再乘以绝缘子形状系数得出的 它能较为客观地反映绝缘子的污染程度 但由于测试电压低 并不能反映污层在高电压下的真实变化情况 属于半动态参数 且现场测量时受许多客观条件的限制 绝缘子形状系数也是近似计算的 因此 以表面污层电导率作为特征量在实际应用中很难推广 一般在污闪机理和特性研究中作为特征参数 泄漏电流脉冲计数法 在污秽绝缘子受潮和运行电压的作用下 污秽绝缘子表面会出现局部电弧和较大的泄露电流脉冲 绝缘子表面污秽越严重 泄露电流脉冲出现的频度越高 幅值也越大 因此记录某处一定周期内超过某一幅值的泄露电流脉冲数 即可代表此处的污秽度 该方法的优点是可在线监测 能反映污闪的全过程 但它不能为污秽绝缘子的运行状态提供一个确切的判据 只能通过比较现场记录的脉冲数和表征类似绝缘子特征的累计脉冲数 依据运行经验来检测绝缘子的运行状态 最大泄漏电流法 由于流过绝缘子的泄露电流脉冲最大幅值表征了该绝缘子接近闪络的程度 因此可将绝缘子泄露电流波形的最高峰值作为表征污秽绝缘子运行状态的特征量 利用该方法可反映污闪的全过程 能用于在线监测并作为报警装置 但最大泄露电流的现场测量时间比较长 且测试设备的造价比较高 因此限制了该方法的应用 污闪电位梯度法 污闪电位梯度是绝缘子污闪电压与绝缘子串长的比值 该方法直接以绝缘子的最短耐受串长或最大污闪电位梯度来表征当地的污秽度 应用该方法的优点是在真实情况下测定真实绝缘子串的耐污性能和它们之间的优劣顺序 直接给出绝缘水平 显然 将污闪电位梯度作为特征量最合理 但测量该参数所用的设备造价高且耗费时间长 污秽的日沉降密度法 取一定绝缘子表面在一定时间内沉降的污秽物重量 计算每日的污秽沉降密度来表征污秽程度 该方法测量比较简单直观 但所能反映的污秽影响程度有限 污液电导率法 用绝缘子表面的污秽在蒸馏水中的电导率来反映污秽的导电性能 显然必须规定污液的浓度才有比较意义 该方法的优点是测量简便 但某一电导率的污液在绝缘子上可以产生不同程度的污秽 因此难以直接说明绝缘子污染的严重程度 盐浓度法 采用盐雾法进行人工污秽试验时 向试品喷射一定盐浓度的水使其污染 比较自然污秽条件下绝缘子的泄露电流与人工污秽条件下的泄露电流 就可将自然污染的严重程度与人工污秽的盐浓度联系起来 从而可用一定盐浓度代表该地区自然污染的程度 该方法简单易行 但它没有考虑电压的影响 一般多用于人工污秽试验或用于衡量盐污地区的绝缘水平 局部电导率法 为克服等值盐密法和表面污层电导率法的不足并吸取它们的优点 先在绝缘子表面上测得许多小单位面积上的电导和电导率 再按并联或串联求得整个表面上的平均电导率 用平均电导率替代盐密和表面污层电导率 该方法操作比较简单 可实现连续监测绝缘子积污过程 但测量时需要外置电源 且现场测试时测量电路易受现场信号的干扰 测量精度易受影响 从现有研究成果来看 迄今为止还没有统一的 能够确切表征污秽绝缘子运行状态的特征量 各种污秽参数表达方式的效果和彼此间的差别有待进一步研究 国际大电网会议第33届委员会推荐了等值盐密法 表面污层电导率法 泄漏电流脉冲计数法 最大泄漏电流法和绝缘子污闪电位梯度法 IEEE和IEC均推荐采用等值盐密法 我国和日本也采用了这种方法 3 1 2污秽绝缘子闪络电压与污秽之间的关系污秽度与污闪特性有直接关系 试验结果表明 随着污秽度的增加 绝缘子的闪络电压将下降 将污秽作为独立参量 则污秽绝缘子闪络电压与盐密之间的关系可表示为 式中A为常数 S为盐密 b为污秽特征指数 国内外大量的试验研究结果表明 b值不是一个固定的常数 有文献通过分析l4种绝缘子类型的直流污闪试验结果得知 b值在0 3 0 33之间 且不同绝缘子的b值是不相同的 重庆大学和东北电力试验研究院对各种绝缘子进行了交 直流污闪试验 所得的b值如表1所示 清华大学的不同电压绝缘子污闪特性研究结果表明 b值与绝缘子结构类型有关 交流下b值约为0 2 3 1 3污秽绝缘子闪络电压与污秽成分之间的关系绝缘子表面的污秽物包括可溶解污物和不可溶解污物 或惰性污物 且不同地区的污秽物化学成分可能会有所不同 这些因素都可能影响绝缘子的污闪特性 国内外学者对此已开展了一些研究工作 清华大学 中国电力科学研究院 东北电力试验研究院等单位通过对自然污秽点取样进行污秽化学成分分析 结果表明 无论是沿海还是内地 污物中含有NaCl CaSO4及其它成分 NaCl所占百分比一般在10 30 CaSO4所占的百分比可达20 60 中国电力科学研究院 清华大学 重庆大学 东北电力试验研究院等单位还进行了不同化学成分下的绝缘子污闪特性试验研究 试验结果表明 灰密的大小对污闪有影响 灰密达到l 2mg cm2时 绝缘子的污闪或耐受电压将达到最低值 不同盐类污秽的绝缘子其污闪或耐受电压不同 一价盐 如NaC1 比二价盐对绝缘子污闪特性的影响要大一些 通过对不同污秽成分下的污秽绝缘子闪络特性进行试验研究得知 不能简单地用盐密值来分析绝缘子的污闪特性 还必须考虑污秽化学成分和表面污层电导率 在相同盐密的条件下 不同化学成分下的污秽闪络电压是不同的 其中NaC1盐对绝缘子污闪特性影响最大 在相同灰密的条件下 不同灰密成分下的污秽闪络电压不同 灰密成分是高岭土的绝缘子其污闪电压比灰密成分是砥粉的绝缘子低15 30 综上所述 绝缘子表面的污秽程度及污秽化学成分对绝缘子污闪特性均有影响 但如何影响以及有何规律 如何使人工污秽试验与自然污秽结果相一致 这些问题至今尚未得到很好的解答 3 1 4污秽绝缘子闪络电压与气压之间的关系低气压下污秽绝缘子闪络电压降低的现象越来越引起人们的重视 日本 前苏联 加拿大等国以及我国在这方面已开展了一定的研究工作 普遍结论是 随着气压降低 污秽绝缘子的直流和交流闪络电压降低 污闪电压U与气压P之间呈非线性关系 可表示为 式中U0为正常大气压P0下的污闪电压 n为气压影响特征指数 对于气压影响特征指数n 不同的研究者根据各自的试验结果得出了不同的数值 例如 西安高压电器研究所对悬式绝缘子串和支柱绝缘子ZS 110 400进行了人工污秽交流闪络试验研究 得到n值为0 28 0 59 低气压下污闪电压的降低率n是否与电压型式 绝缘子结构形状以及污秽程度等因素有关 是何种关系的问题至今尚未得到明确的解答 3 1 5需要进一步深入研究的内容 污秽绝缘子人工试验方法的研究利用现有的人工污秽试验方法所得到的数据来指导输电线路外绝缘的选择 无法完全满足实际需要 必须持续开展人工污秽试验方法的研究 使其试验结果与自然污秽试验结果有比较一致的等价性 长串污秽绝缘子闪络特性的研究由于试验条件的限制 现有的试验研究主要以短片串为主 在低气压环境下更是如此 由于我国正在研究交流lO00kV和 800kV直流输电方式 因此应加强污秽绝缘子长串闪络特性与串长之间关系的研究 污秽绝缘子多串并联下的闪络特性研究 单串污闪和多串并联污闪的概率运行中的绝缘子串实际上是通过导线并联的 这就需要研究单串污闪和多串并联污闪的概率 污秽绝缘子串不同布置方式下的闪络特性研究 绝缘子的布置方式有垂直布置 水平布置 V形串布置 倒V形串布置 Y形串布置等 在相同环境中 不同布置方式下绝缘子的污染程度可能有所不同 且污秽放电发展过程也有所不同 因此需要在这方面开展深入研究 低气压 覆冰 雪 酸雨 雾 等复杂环境下绝缘子闪络特性的研究由于我国能源分布和负荷中心的不均衡 因此需要远距离 大容量输电 输电线路沿线经过低气压 覆冰 雪 酸雨 雾 等复杂环境是不可避免的 由于试验条件的限制 目前主要针对单气象条件进行研究 因此需要研究污秽 覆冰 雪 酸雨 雾 低气压等复杂环境下绝缘子的放电特性和电压校正问题 污秽等级划分的修订我国现有的污秽等级划分是以等值盐密和污层电导率为参考依据的 而大量的试验结果表明 相同等值盐密但盐类成分不同或灰密不同时 绝缘子的污闪特性是不同的 因此有必要对现有的污秽等级划分进行修订 3 2输电线路覆冰监测系统应用现状及效果通过输电线路覆冰在线监测系统可对线路覆冰重量 气象环境数据 导线张力变化 导线振动等信息进行远程 时实采集和分析处理 及时了解现场情况 对线路覆冰状况进行评估和预警 进而指导对相关线路采取针对性防治措施 有效地防止输电线路因覆冰引起导 地 线 金具 绝缘子损坏和倒塔事故的发生 提高线路运行的安全可靠性 3 2 1输电线路覆冰监测系统功能输电线路覆冰在线监测系统应具有信息收集功能 信息传输功能 数据处理及分析功能 预警功能 信息收集功能由相应的传感器来完成 一般还包括配套的多路转换单元 预处理单元 数据信息采集单元 多路转换单元用来对多台设备或某设备的多路信号 均来自传感器 进行选择或作巡回监测 预处理单元主要是对输入信号作必要的调整和抗干扰 数据信息采集单元一般是一个数据采集卡 要满足信息采集速度和准确度两方面的要求 信息传输功能的主要作用是将采集到的信息准确 及时地传送到后续处理单元 对于覆冰在线监测 由于多是固定式的监测系统 后续处理单元远离现场 故需配置专门的信号传输单元 目前在输电线路在线监测中可用的无线通讯模式主要有无线接力模式射频 RF 传输信息 GSM 全球通 短消息通信方式 RF与GSM混合传输模式 GPRS 通用分组无线业务 模式 GPRS与GSM相结合的通信方式 GPRS GeneralPacketRadioService 是一种以全球手机系统 GSM 为基础的数据传输技术 可说是GSM的延续 GPRS模式由于成本相对低廉 数据传输量大 能较好地满足视频信息传输的要求 数据处理及分析功能首先是对所采集的数据进行辨识 如果是视频信息 则还涉及到图像识别 然后通过各种算法 对数据进行分析 比较 形成报表和综合数据库供专业人员查询报表 最后将数据分类归档储存 预警功能是在专家数据库的支撑下 对线路可能发生覆冰的时间 位置和程度进行预测 并将预测结果及时通知相关管理及运行维护人员 以提供指导 辅助决策 3 2 2输电线路覆冰监测实现手段目前国内外均有一些输电线路覆冰在线监测装置面世 其基本实现手段主要可以分为两种 一种是对倾角一弧垂进行实时测量 然后反推线路覆冰程度 另一种是通过视频监控来实现 输电线路一旦发生覆冰 则由于导 地 线重量增加 最直观的表现就是导 地 线弧垂加大 导 地 线张力大到一定程度后 就会导致杆塔 横担出现变形 在某些情况下 如果出现不平衡张力 还会导致杆塔倾倒 通过对导 地 线的弧垂和杆塔倾角进行测量 可以直接将线路状况反映给运行维护人员 以采取相应的对策 如果再结合导 地 线温度测量和环境气象信息监测系统 就可以通过计算公式推导得到线路的覆冰程度 但由于影响输电线路覆冰的因素很多 且各因素之间相互关系复杂 目前还无法准确得到导 地 线弧垂和杆塔倾角与线路覆冰型式 分布 程度之间的准确关系 输电线路视频监视系统可将线路关键地段的现场图像信息传输到监控中心的服务器上 运行管理人员通过监控中心的服务器或者远程进行登录 查看线路的监控图像 从而达到实时观察和记录线路覆冰的形成和发展过程 及时了解覆冰的严重程度 以便采取正确处理措施的目的 这种方法具有监测结果直观 易于实现等优点 也是目前国内输电线路覆冰在线监测的主要手段 但采用这种方法需注意防止视频监控终端在恶劣气象条件下可能被冰雪遮蔽和冻结的问题 由于输电线路覆冰受气象条件影响大 因此无论是采用哪种方法对线路覆冰进行监测 都必须与气象环境监测结合 才能达到事半功倍的效果 例如 首先从气象环境监测了解线路附近气象环境 包括 导 地 线温度 环境温度 湿度 风速 风向 雨量和太阳幅射等 的变化 看是否出现形成覆冰的气象条件 一旦覆冰条件满足 就可采取调整线路负荷 以提高导线温度等方法来防止导线发生覆冰 如果气象条件恶劣 无法阻止覆冰的发生 就可通过视频监控系统观察当地雨雪降落情况 判断线路覆冰发展趋势以便及早制订相应反措预案 最后 根据导 地 线弧垂和杆