CN1987500A - 电位法架空线路在线监测系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路在线监测方法与装置，属于电力线路故障检测技术领域。它通过实时在线监测高压输电杆塔上某些固定点的电位变化，根据各种状况下电位的变化特征，来判断高压架空线路有无异常(包括故障)，并进行异常识别、状态估计、异常定位和异常报警。装置由电位探测器、前置机和上位机组成。前置机与上位机之间利用GSM/CDMA等无线网络进行通信，前置机和电位探测器之间通过同轴电缆连接。本发明涉及了输电线路日常运行、维护和检修的全部内容，装置的灵敏度高，性价比高，不受气候和地区限制，可以实现输电线路完全自动化，便于应用和推广。

Description

电位法架空线路在线监测系统的方法

技术领域

本发明涉及电力线路故障的检测方法，特别是一种采用高速数字信号处理技术、无线通信技术、模式识别技术、状态估计技术、异常识别与故障定位技术的一种输电线路实时监测方法与装置。

背景技术

运行中绝缘子的积污、覆冰、闪烙、击穿、炸裂、掉线，必须通过对电力线路的巡视和检查才能发现，正常性巡视每月一次，并且每年组织不定期的夜巡。

架空线路由于长度大，分布面广，遭受雷击的机会多，由此产生的事故也多。在很多地区，尤其是多雷的山区，一般都要装雷电定位系统，但它的精度并不很高，有时误差达几十公里甚至更高。

在高压远距离输电线路上，一般还装有故障测距装置，随输电距离、气象条件的变化，测距的误差可能达到几公里到几十公里。这些定位的误差都为寻找故障点排除故障，增加了困难，很多时候查找好几天，还找不到故障点。

多年来，世界各国的研究者一直在寻找着有效的检测手段去解决这些难题，目前已成功研制出了绝缘子泄漏电流在线监测等系统。美国也研制出了专门检测线路放电用的紫外成像照相机，巡线员坐在直升机上，通过照相机监测线路上是否有放电引起的发光现象。

现有系统对输电线路的监测存在下列问题：

首先这些系统检测的内容比较单一，只能反应线路运行中出现的个别问题或问题的个别侧面，比如绝缘子泄漏电流远程在线监测系统，仅靠检测泄漏电流间接地反应绝缘子的污秽程度，不能对输电线路的状态进行全面监测；

其次，这些监测系统不能进行异常(包括故障)识别和定位；不能为线路的正常维护和故障检修提供指导；

再次，这些检测系统的造价都极高，各种传感器、前置机、电源、通信等设备加起来，一个杆塔至少要装备好几万甚至十几万元的检测设备，这些问题，导致了目前已有的监测测系统不能很好地应用和推广。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前各种监测装置的缺陷，从而提出一种适合推广和普及的基于监测点电位的集异常识别和故障定位于一体的输电线路在线监测系统及完成这一系统的相关设备。它按照自动化的要求实现对输电线路状态的实时、在线监测，实现输电线路运行自动化：为输电线路的检修，维护提供指导，增加维护和检修的目标性；减少停电检修的次数，减少每次停电检修的时间，提高输电线路运行的经济性和可靠性；减轻输电线路巡线的工作量，减轻巡线人员的劳动强度，提高输电线路运行的经济性；随时发现线路运行中出现的潜在危险，保证电力系统运行的安全性。

本发明的目的是这样实现的：一种电位法架空线路在线监测系统的方法，实时在线监测高压输电杆塔上某些固定点的电位变化，根据各种情况下电位的变化特征，来判断高压架空线路有无异常或故障，并进行异常识别、状态估计、异常定位和异常报警。

本发明利用正常和异常时线路杆塔上某些固定点电位的变化特征，进行异常的类型识别、严重程度估计、异常定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。

本发明能够监测绝缘子和导线出现下列异常中的一种或多种：绝缘子污秽、绝缘子闪烙、绝缘子零值、线路覆冰、掉线、雷击、短路、接触不良等。包括电位监测在内，还可以监测温度、湿度、气压、风速、风向、雨量等环境变量中的一种或多种。

实现权利要求1所述的电位法架空线路在线监测系统方法的装置，装置由电位探测器1.6、同轴电缆1.7、前置机1.2和上位机1.3组成。前置机1.2与上位机1.3之间利用GSM/CDMA等无线网络进行通信，前置机1.2和电位探测器之间1.6通过同轴电缆1.7连接。

电位探测器1.6既可以是专用的电位探针，也可以是同轴电缆1.7芯线的一端，电位探测器1.6可以固定在绝缘子1.5的上表面，直接电连接；也可以固定在绝缘子串附近的杆塔塔材上，测量固定点的感应电位。

前置机由信号调理电路1.2.1、多路转接电路1.2.2、采样保持电路1.2.3、A/D变换电路1.2.4、CPU系统1.2.5和通信接口1.2.6在电气上依次电连接组成。

远处的监控中心内设有计算机，计算机上安装有自行研制的异常处理程序，它能根据接收到的各杆塔的异常电位数据，自动进行类型识别、状态估计、异常定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。

本发明提供的电位法架空线路在线监测系统的方法及相应的设备具有以下优点和积极效果：

(1)和泄漏电流法相比，电位法监测的内容全面，当出现低值或零值绝缘子时，出现故障时，遭受雷击时，出现掉串时，出现局部放电时监测点电位都会发生变化，因此，该方法差不多能监测线路可能出现的所有电气异常。

(2)和泄漏电流监测法相比，电位法的灵敏度要高，从而可以更早地预报故障，提高监测装置的可信度和降低造价。绝缘子串尾部及其周围的电位值在几百伏以上，需要经过降压后才能接数字处理系统。而泄漏电流一般要到微安级才能检测得到，其监测的灵敏度低，且造价高。

(3)电位法的使用不受气候影响，不受地区限制。泄漏电流监测只能适用于经常湿润的地区，不能用于干旱地区。

(4)比现有的短路故障和雷击中心定位系统的精度要高得多，故障点至少可以定位到相邻杆塔之间，绝对误差可以限制在500m之内(杆塔间的平均跨距)。

(5)集多种状态监测和故障定位为一体，有效地提高了监测系统的使用效率和性价比，有利于监测系统的应用和推广，该系统的研制成功，可望取代现有的基于泄漏电流的远程在线监测系统、故障定位装置和雷电定位系统。

附图说明

图1为本发明的上位机和前置机间的连接关系示意图。

图2为前置机和绝缘子串间的连接关系示意图。

图图3为前置机1.2的构成原理图。

具体实施方式

图1为本发明的上位机和前置机间的连接关系。它主要由两部分组成：前置机1.2和上位机1.3。前置机1.2就近固定在杆塔1.1的横向塔材上，前置机1.2和上位机1.3间通过GSM/CDMA网络1.4无线连接，进行数据传输。

图2为前置机和绝缘子串间的连接关系，1.5为绝缘子，1.6为电位探测器。电位探测器1.6可以固定在绝缘子1.5的上表面，直接电连接；也可以固定在绝缘子串附近的杆塔塔材上，测量固定点的感应电位。前置机1.2和电位探测器1.6间通过同轴电缆1.7直接电连接。同轴电缆1.7绑定在杆塔的塔材上，电缆两端的屏蔽线都接杆塔的接地线，芯线的一端接入前置机，另一端可以直接充当电位探测器，其端部悬空固定在杆塔塔材上，测量芯线端部所在位置的感应电位，如图中的虚线所示；或者固定在绝缘子的上表面，测量芯线端部所在位置的实际电位，如图中的实线所示。

图3为前置机1.2的构成原理图，它由信号调理电路1.2.1、多路转接电路1.2.2、采样保持电路1.2.3、A/D变换电路1.2.4、CPU系统1.2.5和通信接口1.2.6组成，并依次电连接。前置机1.2负责采集多路监测点电位信号，进行简单的故障判断，并和上位机通信，将异常前后的实时电位数据上传至上位机。前置机1.2的信号地接杆塔的接地线，外壳接杆塔，多根同轴电缆1.6传过来的电位信号共用一台前置机。

本发明的工作原理是：当输电线路上出现零值绝缘子、污秽放电、覆冰放电、闪烙、绝缘子串掉线、短路故障、雷击故障和接触不良等异常时，绝缘子串及其周围空间固定点的电位总会出现瞬时地、短时地、长期地，或多或少地偏离正常值，比如，若监测点的电位长期超过整定值，则可能是串中出现了零值绝缘子；若监测点的电位长期远低于整定值，则可能是出现绝缘子串掉线；若监测点的电位瞬时大大超过整定值，一段时间后恢复正常，则可能是绝缘子串遭受到雷击；若监测点的电位短时低于整定值，随后监测点的电位变为零并维持一段时间，则可能是线路上出现短路。因此，实时在线监测绝缘子串及其周围某一个或几个固定点的电位，根据各种异常状态时监测点电位的变化特征，就可以有效地进行异常识别和定位。

本发明的原理是这样实现的，通过固定在绝缘子串表面或其周围空间的电位探测器，实时监测高压输电线路某些固定点的电位；装在杆塔上的前置机实时选通每个监测点的电位信号，此信号经过调理电路后，变换成数字处理系统要求的模拟信号。在出现异常时，CPU启动数据采集系统，模拟信号被A/D变换后存储在RAM里。CPU根据采集的数据定期地计算信号的特征值，判断监测到的信号是否确实出现异常，在进行简单的异常类型识别后，启动远程通信程序，利用GSM/CDMA等无线网络，上传异常前后一段时间内的实时电位数据到上位机；上位机接收到异常数据后，调用自主研制的异常处理程序，利用不同类型异常时固定点电位的不同特征，进行异常的识别、估计和定位中的一种或多种处理，并发出相应的声光、短信或邮件报警信息，使运行运行人员采用相应的措施，避免事故的发生，为维护和检修人员提供相应的指导，增强维护、检修的目的性。

Claims (9)

1.一种电位法架空线路在线监测系统的方法，其特征在于：实时在线监测高压输电杆塔上某些固定点的电位变化，根据各种情况下电位的变化特征，来判断高压架空线路有无异常或故障，并进行异常识别、状态估计、异常定位和异常报警。

2.根据权利要求1所述的电位法架空线路在线监测系统的方法，其特征在于：利用正常和异常时线路杆塔上某些固定点电位的变化特征，进行异常的类型识别、严重程度估计、异常定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。

3.根据权利要求1所述的电位法架空线路在线监测系统的方法，其特征在于：能够监测绝缘子和导线出现下列异常中的一种或多种：绝缘子污秽、绝缘子闪烙、绝缘子零值、线路覆冰、掉线、雷击、短路、接触不良等。

4.根据权利要求1所述的电位法架空线路在线监测系统的方法，其特征在于：包括电位监测在内，还可以监测温度、湿度、气压、风速、风向、雨量等环境变量中的一种或多种。

5.实现权利要求1所述的电位法架空线路在线监测系统方法的装置，其特征在于：装置由电位探测器(1.6)、同轴电缆(1.7)、前置机(1.2)和上位机(1.3)组成。

6.根据权利要求5所述的电位法架空线路在线监测系统方法的装置，其特征在于：前置机(1.2)与上位机(1.3)之间利用GSM/CDMA等无线网络进行通信，前置机(1.2)和电位探测器之间(1.6)通过同轴电缆(1.7)连接。

7.根据权利要求5或6所述的电位法架空线路在线监测系统的装置，其特征在于：电位探测器(1.6)既可以是专用的电位探针，也可以是同轴电缆(1.7)芯线的一端，电位探测器(1.6)可以固定在绝缘子(1.5)的上表面，直接电连接；也可以固定在绝缘子串附近的杆塔塔材上，测量固定点的感应电位。

8.根据权利要求5或6所述的电位法架空线路在线监测系统的装置，其特征在于：前置机由信号调理电路(1.2.1)、多路转接电路(1.2.2)、采样保持电路(1.2.3)、A/D变换电路(1.2.4)、CPU系统(1.2.5)和通信接口(1.2.6)在电气上依次电连接组成。

9.根据权利要求5或6所述的电位法架空线路在线监测系统的装置，其特征在于：远处的监控中心内设有计算机，计算机上安装有自行研制的异常处理程序，它能根据接收到的各杆塔的异常电位数据，自动进行类型识别、状态估计、异常定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。