输电线路在线监测系统的设计与实现

输电线路在线监测系统的设计与实现
摘要：进入新时期以来，我国各项事业均快速发展，取得了十分理想的成绩，特别是电力行业以惊人的速度向前发展。

随着我国电网规模的不断扩大，输送容量、输送电压等级也不断提高，电网事故而造成的经济损失也越来越大。

输电线
路工作环境恶劣，在寒冷环境下容易发生结冰而发生大范围线路舞动现象，对架
空输电线路造成严重损耗。

根据相关研究，输电线路微风振动和导线覆冰、舞动
是导致输电线路发生振动损伤的主要的危害形式。

因此，建立输电线路在线监测
对于保障电网的安全稳定运行至关重要。

关键词：输电线路；在线监测系统；设计；实现
引言
我国幅员辽阔，经济发展相对不平衡，随着西电东送等工程的实施，输电线
路的重要性日趋突出，为保证输电线路正常运行，迫切需要实现快速的预警、预测、风险评估和事故诊断等机制，实时监测输电线路的运行状态和运行环境，就
需要有稳定可靠的通信网络，实时将监控数据传送到数据处理中心.
1集中控制器
集中控制器接收现场监控终端所采集的现场数据，使用和借鉴云物联、传感器、智能算法术、大数据、移动互联等技术手段实现了该系统的技术突破。

系统
通过采集输电线路氧化锌避雷器所遭受雷电流的大小、雷击时间、雷击次数等参数，通过GPRS数据传输模块将雷电数据传输到后台服务器。

（1）雷电信息监测。

雷电信息的检测，主要是检测雷击瞬间产生的高压和大电流，罗氏线圈传感器检
测雷电信息最为常见，这种技术应用的成本低，性能可以满足要求，因此在电力
系统中得到了广泛使用。

雷电信息监测传感器选择AS3935富兰克林闪电传感器，该传感器是一个全集成的可编程闪电传感器，它可以检测到所在地区周围潜在的
闪电靠近的危险信号，可评估闪电到达地面的距离。

嵌入的闪电算法检测收集的
信号，排除人为造成的干扰信号的影响。

（2）雷电电流监测。

对于雷电电流大
小的精确监测采用罗氏线圈传感器HCT。

它专门应用于检测雷电电流的装置中，
大量的使用到全球气象监测领域。

具有安装方便，线性好，动态范围大，瞬态反
应突出，频率响应灵敏，无磁饱和、铁磁谐振等问题，无开路危险，无过载危险，体积小，重量轻，性价比高、微功耗的特点。

2整流滤波电路
后端电路主要由保护、整流、滤波、升降压、储能充放电、稳压等模块组成。

储能充放电模块作为后端电路的核心，将电能持续且稳定地输送到在线监测设备。

后端电路所有元器件均为无源器件，具有运行稳定、使用寿命长、抗干扰能力强
等特点，能耗主要集中在集成电路芯片和晶体管上。

整流二极管选用肖特基二极管，电路自身总体能耗相对较低，对启动电流要求不高。

其中后端电路的整流滤
波部分用于对汇能线圈升压后输出进行处理。

之所以在回路中接入滤波器，以防
浪涌保护电路，抗瞬变干扰及过压保护，是因为后端输入电压受一次电流的直接
影响，具有随机变化的不确定性。

而电压回路上增加了稳压二极管，目的是限制
充电回路UIN的输入电压。

汇能线圈输出电压包含两大特性:1)取能环境下一次
导线的频率是不变的，一次电流越大，电路输入电流就越高。

2)随负载阻抗变化
而变化，阻抗越大，电压越高;阻抗越小，电压越低。

通过加设稳压管，将电压
限制在安全范围内，使得充电回路的电压不会过高，保障了充电回路的安全运行。

2.3感应取电电源取能线圈设计
设计电磁感应线圈，采取垂直安装在电缆外护套上的方式，感应周围磁场进
行取能、线圈经调研选用磁导率高且损耗率小的硅钢片作为铁芯，同时基于实际
用电需求进行线圈的铁芯尺寸及线圈匝数设计。

由于感应电能是从电网中直接感
应获取，而电力线路中的电流变化范围很大，当使用线路电流互感器无法取得电
能时，其所供电的设备运行可能会直接受到影响。

电流小的时候取能的功率可能
不足，大电流通过时的功率过高，因此设计双重电路，取能电路电流不足时引入
电池为电路供电。

取能线圈的运行状态为：（1）电路运行电流过小时，取能电
路协同锂电池为设备供电。

（2）电缆运行没有电流时，此时取电线圈无感应电
能产生，由锂电池单独为设备供电。

（3）电缆运行电流过大，设备给监测设备
供电，同时将剩余电能给锂电池充电。

（4）当整个电缆电流一直处于较大电流
运行时，为了保护电路，启动瞬态电流抑制器，调节输出电流。

基于实际需求，
项目选择适合本项目的线圈铁芯并设计绕线匝数，同时进行电路的过电压电流控
制电路进行设计，能够同时提供合适的电流和电压，确保设备能正常运行工作。

主要解决方法为在系统中加入控制电路及安全防护电路，依据用电负荷及电网电
流调节供电。

2.4输电导线舞动监测方案对比论证
通过与超宽带定位厂家技术人员的深入讨论，得到如下结论：超宽带定位基
站的设置方式直接影响导线上标签的测试精度，一般来讲，基站要求被设置在标
签的四周，即上下左右都要设置，基站连线需形成凸多变形，而标签需要尽量在
凸多边形的中心位置，这样精度才有保证。

但是在现场，无法按上述方式设置基站，因为标签在导线上，不可能再把基站设置的比导线还高。

另外，即使降低要求，把基站设置在导线下，在现场施工起来也很困难，因为需要安装较高的路灯
杆（约１５ｍ），用于在不同高度上安装基站，这个施工难度也很大，因为导线
位于山坡，设备运输也是问题。

如果根据现场条件只在某些位置设置较低的基站，测试效果和精度又难以保证。

综上所述，单纯基于超宽带定位技术进行输电导线
舞动监测，目前受现场施工条件制约，尚不成熟，实用性有待探讨。

考虑到上述
问题，研究和论证了采用九轴惯性传感器的输电导线舞动监测技术。

通过与相关
技术人员的深入探讨，并查阅了大量文献，得到如下结论：目前来讲，基于九轴
惯性传感器进行输电导线舞动监测是可行的，在对后续数据处理算法进行改进和
优化后，其位移测试相对精度可以保证。

舞动采集单元是本系统的核心，其内部
由高精密九轴惯性传感器组成。

九轴惯性传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速传感
器和三轴磁感应传感器。

测量精度高，稳定性好，测量时对环境的要求较低，安
装方便，测量便捷。

另外通过采样频率的优化设置和线上数据采集设备功耗的合
理控制，再配以大容量的电池，线上设备的带电工作时间能达到一年以上。

2.5二级汇能互感器
二级汇能互感器可直接等效为变压器模型，基于电磁感应原理将一级取能互
感器取出的能量汇集，再通过副边绕组把交流电输出到后端存储电路，以便得到
满足负载的安全电压进行供能。

设定二级汇能互感器一次侧电压为E 1，其二次
侧输出电压为E 2，根据变压器变比关系，对匝数比进行设定以保证能量供给效率。

通过二级汇能互感器，将电路串并联问题转换为磁路串并联问题，不但降低
了后端电路的设计难度，还可成倍增加汇能互感器的磁通。

避免了电路上的直接
连接，可以规避因互感器参数不同产生的电流相抵消现象，进而实现非接触感应
取能系统最大功率的输出。

结语
设计了一种架空输电线路舞动在线监测系统进行极端环境下的导线舞动监测，并引入遗传BP神经网络实现对导线舞动的预警，实现对输电线路舞动监测和预警。

参考文献
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