劉志武，羅培焱，成廣生

(國(guó)網(wǎng)龍巖供電公司，福建 龍巖 364003)

電網(wǎng)安全運(yùn)行是社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)事故，將對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活造成極大的影響。在各類(lèi)電網(wǎng)安全事故中，多數(shù)和輸電線(xiàn)路的倒塔、斷線(xiàn)等有關(guān)[1-2]。輸電桿塔傾斜的原因很多，除了大風(fēng)、洪水、地質(zhì)災(zāi)害外，施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)、地基不均勻沉降，甚至是意外沖撞等都可能導(dǎo)致桿塔傾斜[3-6]。由于輸電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍極廣，而且數(shù)量眾多的輸電桿塔位于城市周邊、山地、河流等自然環(huán)境更為復(fù)雜的區(qū)域，靠人力對(duì)輸電線(xiàn)路及桿塔完成巡檢工作效率低下，因此有必要建立成套輸電設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)對(duì)與桿塔正常工作關(guān)系密切的傾斜、震動(dòng)、覆冰等工況進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，為輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行提供參考[7-9]。輸電桿塔監(jiān)測(cè)的原理是在桿塔及其他附屬電力設(shè)備上安裝傳感器來(lái)獲取桿塔運(yùn)行工況狀態(tài)，通過(guò)對(duì)這些監(jiān)測(cè)量的整合分析，進(jìn)行輸電桿塔的運(yùn)行工況、潛在故障、安全等級(jí)等評(píng)估[10-11]。

1 桿塔失穩(wěn)隱患實(shí)例

2019年，龍巖某地因連續(xù)降雨發(fā)生大面積山體滑坡情況，巡線(xiàn)人員調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該滑坡山體上有龍巖市管轄的220 kV總登線(xiàn)205-206+1三基桿塔，最近桿塔206+1距離山體滑坡點(diǎn)398 m，如圖1所示。山體垂直高差大，土質(zhì)松散，并且龍巖處于雨季，故該三基桿塔存在失穩(wěn)隱患，由于年底疫情影響，本應(yīng)進(jìn)行的線(xiàn)路遷改工程被暫時(shí)擱置，為確保線(xiàn)路安全運(yùn)行，立即加強(qiáng)對(duì)該線(xiàn)路段桿塔檢測(cè)，做好災(zāi)害應(yīng)急處置方案。

圖1 山體滑坡實(shí)況

2 失穩(wěn)智能感知技術(shù)原理及功能

2.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗約180 kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

NB-IoT具備4大特點(diǎn)：①覆蓋廣，提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20 dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力；②具備支撐連接的能力，NB-IoT的1個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；③功耗更低，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年；④ 模塊成本更低，充分考慮桿塔維護(hù)經(jīng)濟(jì)成本。

NB-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)，使其廣泛應(yīng)用于多種垂直行業(yè)，如遠(yuǎn)程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車(chē)、智慧農(nóng)業(yè)等[11-12]。

2.2 輸電桿塔狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊技術(shù)

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的輸電桿塔傾斜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種集感知、通信、分析、監(jiān)測(cè)為整體的解決方法。監(jiān)測(cè)終端內(nèi)置移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊(含物聯(lián)網(wǎng)芯片)，定位模塊采用三模(北斗+GPS+GLONAS)或雙模(北斗+GPS)，加速傳感單元、地磁傳感單元等用于收集通信塔的狀態(tài)信息和地理信息；移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊(特別是NB-IoT通信模塊)負(fù)責(zé)通過(guò)通信運(yùn)營(yíng)商基站傳送相關(guān)信息至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)或移動(dòng)應(yīng)用終端；系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括經(jīng)緯度、橫向傾斜角度、順線(xiàn)傾斜角度、綜合傾斜角度、綜合傾斜度等，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)終端的采集策略進(jìn)行定義和下發(fā)。

2.3 主要功能

a.基本功能。能夠直觀顯示橫向傾角、縱向傾角、扭曲度變化數(shù)值。

b.電子地圖功能。能夠使用圖形和數(shù)字直觀顯示桿塔變化。

c.告警功能。能夠使用圖形、數(shù)字、文字、顏色、圖標(biāo)等形式顯示桿塔告警及詳細(xì)內(nèi)容。詳細(xì)告警內(nèi)容包括橫向、縱向、扭曲告警；能夠使用短信、微信、APP、郵件等形式對(duì)告警進(jìn)行通知提醒。

d.多種應(yīng)用場(chǎng)景。具備PC端、微信端、安卓APP、蘋(píng)果APP等多種應(yīng)用端軟件。

e.遠(yuǎn)程配置與調(diào)試。能夠按遠(yuǎn)程指令修改采集頻率、采樣時(shí)間間隔、 網(wǎng)絡(luò)適配器地址等參數(shù)。

f.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。能循環(huán)存儲(chǔ)至少30天的桿塔橫向、順線(xiàn)傾斜角度與綜合傾斜度、經(jīng)緯度、工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主要參數(shù)

為滿(mǎn)足輸電桿塔災(zāi)害應(yīng)急處置方案要求，同時(shí)考慮該隱患段桿塔實(shí)際情況，需要在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的參數(shù)如表1所示。

表1 主要參數(shù)

3.2 設(shè)備安裝

輸電桿塔傾斜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備安裝如圖2所示。

圖2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)終端安裝

3.3 增設(shè)攝像頭

依據(jù)該隱患段實(shí)際情況，為實(shí)時(shí)掌握桿塔周?chē)鷺?shù)木滑坡情況，在桿塔上增設(shè)攝像頭對(duì)桿塔周?chē)鷮?shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是以滑坡點(diǎn)為中心的四周樹(shù)木，以便更好地對(duì)周?chē)闆r進(jìn)行監(jiān)控，提前對(duì)桿塔失穩(wěn)預(yù)判，如圖3所示。

圖3 安裝攝像頭

3.4 制定桿塔隱患匯報(bào)機(jī)制

利用窄帶物聯(lián)網(wǎng)的低功耗輸電桿塔狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和攝像頭，輸電管理人員可在后臺(tái)實(shí)時(shí)查看桿塔及周?chē)厩闆r。輸電桿塔交互巡視時(shí)，交互人員立即將該桿塔段巡視情況(正常和異常)上報(bào)帶班人員，帶班人員立即上報(bào)運(yùn)維專(zhuān)責(zé)；桿塔出現(xiàn)異常時(shí)，巡線(xiàn)人員和交互人員直接匯報(bào)部門(mén)主任，流程如圖4所示?；谡瓗锫?lián)網(wǎng)的輸電桿塔傾斜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)終端桿塔數(shù)據(jù)反饋及預(yù)警平臺(tái)情況如圖5、圖6所示。

圖4 隱患桿塔段匯報(bào)流程

圖5 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)終端數(shù)據(jù)

圖6 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)

通過(guò)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的輸電桿塔傾斜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)終端系統(tǒng)，直接高效地掌握桿塔數(shù)據(jù)變化情況，為桿塔運(yùn)維應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害突發(fā)情況提供決策依據(jù)。

4 應(yīng)用效益

4.1 社會(huì)效益

a.及時(shí)排除隱患，減少停電次數(shù)。利用遠(yuǎn)程視頻裝置，可以方便、快速定位桿塔，及早發(fā)現(xiàn)桿塔或桿塔周?chē)赡苡绊懢€(xiàn)路正常運(yùn)行的隱患，并予以排查，從而避免或減少停電事故的發(fā)生，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展。

b.節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)一定程度上可以減少災(zāi)后重建的投入，減少巡線(xiàn)人員反復(fù)去現(xiàn)場(chǎng)的次數(shù)，節(jié)約資源消耗，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境起到一定的保護(hù)作用。

c.推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。系統(tǒng)充分應(yīng)用了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)、三維可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)、海量數(shù)據(jù)漫游等多種先進(jìn)技術(shù)，新技術(shù)的應(yīng)用將有效推動(dòng)電力以及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

4.2 工作效益

a.改進(jìn)工作模式。用遠(yuǎn)程監(jiān)控部分代替現(xiàn)場(chǎng)巡線(xiàn)，同時(shí)將虛擬環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相結(jié)合，對(duì)線(xiàn)路狀況有了更實(shí)時(shí)、更直觀的信息掌握，促進(jìn)了線(xiàn)路運(yùn)行管理的信息化。

b.資源有效整合，方便應(yīng)用拓展。平臺(tái)整合了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、地理信息、設(shè)備臺(tái)帳、檔案資料、運(yùn)維記錄等各種資源，既方便了各種信息的交叉調(diào)閱、綜合分析，也可以進(jìn)行各種應(yīng)用拓展，還可以與其他系統(tǒng)相接，作為信息綜合展示平臺(tái)，避免了系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)。

c.積累歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程服務(wù)。通過(guò)在聯(lián)網(wǎng)工程沿線(xiàn)安裝一定數(shù)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)積累，可以對(duì)沿線(xiàn)典型地區(qū)的環(huán)境及線(xiàn)路自身情況進(jìn)行一定的統(tǒng)計(jì)和分析，從而使大修技改工作的時(shí)間安排更具可操作性。同時(shí)，歷史數(shù)據(jù)可以為后續(xù)其他輸電線(xiàn)路工程的建設(shè)提供參考，結(jié)合系統(tǒng)中的三維信息、資料信息，使線(xiàn)路盡量避開(kāi)與事故多發(fā)區(qū)地形、環(huán)境相似的地區(qū)，同時(shí)選擇合適的塔型。

5 結(jié)束語(yǔ)

為保證輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的可控、能控、在控，需通過(guò)線(xiàn)路巡檢、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)、科學(xué)運(yùn)維等手段，進(jìn)行線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、故障診斷，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)化和運(yùn)維智能化。沒(méi)有科學(xué)的監(jiān)測(cè)手段、分析手段、運(yùn)維手段將無(wú)法獲取線(xiàn)路運(yùn)行的關(guān)鍵狀態(tài)信息，無(wú)法科學(xué)調(diào)度人力、物力資源進(jìn)行優(yōu)化的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、生產(chǎn)調(diào)度。因此安裝在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置及智能巡檢系統(tǒng)，使用先進(jìn)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，匯集狀態(tài)信息進(jìn)行輸電線(xiàn)路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)輸電網(wǎng)運(yùn)行隱患并借助巡檢系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行信息交互、故障處理是提高輸電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平的迫切和切實(shí)需要，也是發(fā)展智能電網(wǎng)的需要，為將來(lái)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的能源互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支持。