智慧输电线路发展趋势及建设措施

黄 焰，王亮星

（智方设计股份有限公司 武汉分公司，湖北 武汉 430000）

1 智慧输电线路发展的必然性

1.1 建设智慧输电线路是保障电网安全可靠运行的必然要求

随着电力系统特高压网络的快速建成投运，“弱交强直”的系统网络结构给电网安全运行带来巨大压力，且输电线路线长面广，通道环境日益复杂，遭受雷电、山火、风灾、覆冰、舞动、地质灾害等自然环境影响和外部环境破坏影响，电网停电风险始终存在；同时城市电缆化率在不断提升，不同电压等级的电力电缆线路在同一通道敷设的情况逐步增多，火灾、外破等导致通道断面丧失事件尤为突出。通过构建智慧输电线路，对输电线路运行状态实现在线监控，是提升输电线路抗灾能力、降低大面积停电风险、确保电网安全稳定运行的必然要求[1]。

1.2 建设智慧输电线路是实现电网运检提质增效的必然趋势

近年来，输电线路设备规模日趋增加，年均增长率超过5%（电缆年均超过10%），输电运维检修类专业技术人才储备严重不足，结构性缺员问题日益突出，运行效率和检修质量提升缓慢。在输电线路外部运行环境日趋复杂严峻，全社会对供电可靠性和体验要求越来越高，内部专业管理更趋精益求精的背景下，加快构建智慧输电运检体系，实现输电专业管理的转型提升，是应对电网迅猛发展，实现运检提质增效的必然趋势[2]。

1.3 建设智慧输电线路是助推世界一流能源互联网企业建设的有效手段

近年来，电网智能运检管控体系建设速度加快，不同单位运行的应用系统参差不齐，后台处理数据庞大，缺乏统一规范管理，信息数据的归类和价值难以体现。建设智慧输电线路，核心就是要统一规划建设输电全景智慧平台，增强各类输电专业数据的集约化和规范化管理，打通系统壁垒、强化不同系统信息融合互通，实现全息互联，并进一步挖掘数据的价值，提升运行信息实时感知、电网自主预警及智慧决策能力，实现与政府相关部门、上下游企业间资源有效共享，构建输电共享生态圈，有力助推公司世界一流能源互联网企业建设[3]。

2 建设智慧输电线路的措施

随着全球能源互联网的发展，将输电线路的安全稳定运行提到了更高的高度，要求实时把握输电线路设备的状态信息，实现电网高可靠、高安全、高效率的透明可视运行。项目线路、设备在南方高温高湿恶劣的自然环境下运行，异常天气情况较多，线路巡检和状态监测工作日益繁重，出现冰灾、台风等异常状况的风险逐步增大，目前靠人工为主的常规监测手段已无法满足泛在电力物联网背景下电网的防灾减灾要求，亟需一种实时性高、监测范围广、周期短、效率高且成本低的综合监测预警手段，高效可靠获取电网设备和运行状态数据，实现智能化、信息化运检工作向“自主、智能驱动”的转变。

2.1 加装分布式故障监测装置

结合调度录波动作信息，“可视化”装置监测数据和现场无人机巡视信息，建立基于多信息源的输电线路故障原因综合诊断模型，实现故障原因的精确分析，大幅缩短故障原因诊断时间，通过人工智能平台迅速判断故障影响范围并提供后续处理方案和决策建议[4]。

分布式故障定位装置分布安装于输电线路的导线上，实时监测线路故障发生时刻的行波电流、工频故障电流和谐波电流，采集信号并上传至数据中心；数据中心对相关故障信息进行诊断分析，将上传信息和诊断结果存库保存并传输至运检管控中心，系统构架如图1所示。

图1 分布式故障定位装置系统构架

2.2 加装舞动监测装置

依托基于加速度传感的导线舞动监测终端和基于北斗差分高精度定位的智能间隔棒，建立二级及以上舞动区域监测体系，对导线运行状态及其周围的微气象信息进行监测，实时获取导线的舞动、振动等参数。

通过将舞动监测装置可靠连接在导线上，实现与导线的相对固定。通过内置的MEMS加速度计并根据舞动特征合理设置边界条件，实现振动状态高精度监测算法。通过短时积分算法和快速傅里叶变换，提高舞动幅频特性计算精度、可靠性及准确度。配合舞动预测预警系统，实现线路中塔——线体系的立体化、精准化监测，构建完善的输电线路监测体系。

2.3 加装山火红外在线监测设备

建构集山火监测和山火预测于一体的山火灾害数据统一服务平台，推广输电线路山火监测预警接入管控平台信息模块，完善电网山火监测预警信息发布与反馈机制，提升山火灾害综合智能监测预警业务体系。

设备采用光电复合重叠测温技术，由于烟雾颗粒子的作用，使发光元器件发射的光产生漫反射，这种散射光被受光元器件接受，使受光元器件阻抗发生变化，产生光电流，将烟雾信号转变成电信号。运用特殊的光学振动腔使检测距离更远。光敏元器件接收烟雾粒对红外脉冲光的散射信号，并利用半导体感温元器件检测温度变化，经火险探测算法处理后输出相应的报警信号。这种探测器不仅保留了普通光电烟雾探测阴燃火的探测灵敏度，而且克服了普通光电烟雾探测器不能响应带温升的黑烟火的致命缺点，同时探测器还具有利用火险控测算法处理传感信号，产生多级报警和传感器与控制器通信等智能化功能。

2.4 加装综合覆冰监测装置

通过在线监测垂直挡距内绝缘子的综合荷载(包括导线重量、绝缘子串重量、金具重量、冰荷载和风荷载)、绝缘子倾斜角度，为覆冰在线监测系统的覆冰厚度的数学模型提供测量参数。主站监控系统通过风荷载数学模型、导线等值覆冰厚度的数学模型等就可计算出导线等值覆冰厚度及其变化情况；运用趋势分析算法导线覆冰生长预测模型为用户提供预警和报警。

2.5 加装地质灾害北斗监测设备

基于北斗差分高精度定位，在铁塔上安装地质灾害北斗监测设备，数据接入地质灾害北斗监测系统。

地质灾害自动监测预警系统主要由监测相关参数的集成化监测站设备、现代通信传输系统、基于物联网技术与监控中心数据网配合、大数据汇集平台与云计算的监测、多种多样的用户终端信息设备及应用软件等主要部分组成。

2.6 加装图像监拍装置

通过多种传输方式，实时传输视频信号给后台，使线路运检人员不需亲临现场即可全方位巡视线路运行环境状况，对绝缘子串、导线(金具、弧垂)、地线(金具、地线支架)、铁塔(本体及相邻杆塔)、基础等进行全方位无盲点监视。可以让运行维护人员及时地发现导线覆冰、风偏、舞动、是否悬挂异物、违章攀爬、危险施工、鸟害以及塔材被盗等因素引起的事故隐患，有效提高了输电线路的监测巡视及故障清理的效率。

通道可视化监控装置，主要针对输电线路的防外破塔基、恶劣的冰、风灾气候、施工现场超高车辆和器具作业、车辆穿越架空线路监控而设计的系统。输电线路通道可视化图像监测系统利用运营商的4G网络传输技术，实现将监控站点定时拍摄高清图像、报警图片上传到监控平台，主站侧可根据需要，对前方站点进行图像抓拍，通过回传的图片随时了解监控现场情况；也可以让输电线路通道可视化监控系统定时在每天的某个时间段向监控中心发送图片，实现对前端输电线路防外破图像监测。

2.7 加装异常状态智能监测装置

异常状态智能监测装置是一种集缺陷监测、辨识、预警为一体的缺陷监测系统，可对线路的缺陷放电进行自动辨识及预警，将可能会发生的故障防患于未然，对降低运行维护强度、提高输电线路稳定安全运行水平具有重要意义。

输电线路运行过程中，除容易遭受雷击、风偏、冰灾、舞动和漂浮物等突发故障外，也存在大量“可预防”的潜在风险，如绝缘子防污性能失效、金具磨损断裂、植被、覆冰等，这些运行异常放电如不能及时处理，将给电网的稳定运行造成严重的安全风险。

（1）绝缘子污秽异常放电预警：对于跨越污染区的输电线路，能够实时监测并定位线路上的污秽绝缘子，记录绝缘子的污秽等级，提示运维人员进行处理，防止绝缘子污秽闪络导致的线路跳闸。

（2）绝缘子劣化异常放电预警：对于大量安装有复合绝缘子，存在绝缘子老化现象的输电线路，能够监测并定位存在劣化放电的绝缘子，防止复合绝缘子断裂故障。

（3）树障放电异常放电预警：对于跨越植被茂密生长区的输电线路，能够实时监测线路走廊是否存在超高植被，并定位植被异常放电点，预防触树事故的发生。

（4）金具浮放电异常放电预警：对于设备老化严重的输电线路，能够实时监测并定位线路上的异常放电金具，提示运维人员进行排查，预防金具断裂、脱落事故的发生。

（5）线路覆冰异常放电预警：对于冬季容易发生覆冰的输电线路，能够监测全线绝缘子的覆冰放电情况，便于运维人员及时开展融冰，预防冰闪跳闸的发生。

2.8 线路通道三维建模

线路通道三维建模是对高压输电线路开展三维激光扫描巡检，从架空导线、架空地线、铁塔、绝缘子、金具、附属安装设施和线路通道环境的空间信息实施三维激光扫描，处理成线路通道内的高精度三维激光点云、可见光视频影像和红外影像[5]。

通过将线路走廊的激光点云数据和DEM融合，可以真实再现输电线路三维运行场景，用于输电线路可视化管理。构建的点云三维数据模型以及地表DEM部署在三维可视化系统中，不仅具备线路设备查询定位、危险点管理查询统计、点云空间量测等基本功能，还可以实现对线路走廊和所有缺陷、交跨信息的定位、查询和量测功能，为后续跟其他台账管理信息进行对接做好准备。

在线路通道三维建模基础上，可实现全视角协同自主巡检。利用无人机、直升机搭载高清光学相机对架空输电线路通道和设备（特别是杆塔横担及以上部分）进行精细拍照扫描巡检，搭载高精度红外成像仪对导线、金具、绝缘子等设备进行温度测量记录，搭载激光雷达对线路通道进行三维立体扫描建模、树障及交跨测距[6]。利用人工智能AI技术、边缘计算等技术在前端边缘对电力设备和通道进行提前识别，根据识别结果对线路进行精细巡检；对精细采集的影像等非结构化数据在本地储存和智能识别，实现输电设备及线路通道缺陷和隐患检测。利用搭载的检测类传感器采集各类设备温度、交跨距离等状态量，通过边缘计算实现线路状态的全方位实时数据和分析预测。当状态数据量异常时，汇聚节点或接入节点主动调用平台相关关联数据，实现相关数据横向和纵向分析；调用同类设备信息，进行横向比较；连同关联数据进行二次加工，实现输电通道的三维建模、树障和交跨检测等应用，实现线路状态的自主快速感知和预警。

2.9 无人机自动集群巡检系统

无人机自动集群巡检系统主要由移动飞巡专用作业车及配套车载智能组件、高精度自主飞巡无人机、智慧巡检机群作业控制中心、智慧巡检机群云控制平台和输电线路智能运检管控平台等系列产品构成，实现在精准时空下任意管辖线路段的自主化长距离飞巡、数据智能分析处理和电网资源及设备全生命周期管理，覆盖了架空输电线路智能运检全过程，实现电网设备精益化管控水平质的飞跃。

2.10 输电全景智慧平台

输电全景智慧平台通过接入线路设备状态、通道环境以及巡检信息等海量多源异构数据，基于输电全景感知数据进行线路运行综合风险预警以及故障诊断的深入应用，实现对线路走廊全线的运维及灾害监测预警情况的全面整体掌握，提升线路智能运检水平，确保线路安全稳定运行[7]。输电全景智慧平台系统构架如图2所示。

图2 输电全景智慧平台系统构架

3 结 论

智慧输电线路是以坚强输电本体设备为基础，应用综合监测传感分析、信息通信、人工智能、大数据融合等技术，实现大数据共享管理全局化，运行状态实时透明化、诊断检修决策智慧化和设备修复高效化，具有本体坚强、实时监控、全位互联、自主预警、智能处理特征的输电线路。通过加装智能监测装置，对输电设备状态进行集中监测，实时掌控输电设备的运行工况，实现输电设备的安全预警，保证设备正常发挥监测、监控的功能，提高线路运行的水平，保证电网供电的可靠性，具有多方面综合的经济效益。