陳小龍

（中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司百色局，廣西 百色 533000）

0 引 言

隨著超高壓和特高壓電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，電力電網(wǎng)朝著智能化、大容量化以及大跨度輸送電能的方向發(fā)展，同時超高壓電網(wǎng)的運營和維修工作量隨之增加。由于高壓輸電線都集中分布在戶外地區(qū)，且覆蓋區(qū)域較大，極易受到惡劣自然條件和人類活動的影響。此外，隨著電壓級別的提高，輸電線被雷擊的概率隨之增加[1]。常規(guī)的手工檢修方式需要消耗大量的人力和物力，且不能實時檢修，工作效率低，檢修質(zhì)量也很難得到保障。因此，設(shè)計高壓線路智能巡檢系統(tǒng)對高壓輸電線進行實時狀態(tài)監(jiān)控非常必要。

1 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用紅外感應(yīng)、傳感器以及激光掃描等設(shè)備，通過對電、光、聲以及位置等信息的采集，實現(xiàn)物與物之間的信息交換和通信，達到定位跟蹤和智能識別等效果。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高壓線路智能巡檢系統(tǒng)，通過射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等信息技術(shù)，對輸電線路進行遠程監(jiān)測和智能化管理。該系統(tǒng)將輸電線路中的智能終端、監(jiān)控平臺以及安全防護設(shè)備等融為一體，在一定區(qū)域內(nèi)建立一個由計算機網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成的物聯(lián)網(wǎng)體系。利用現(xiàn)代傳感器、雙模電源以及多種無線通信技術(shù)，可對電力系統(tǒng)進行遠距離、實時監(jiān)測[2]。

1.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)成為當前常用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑏碓吹男畔⑦M行融合和分流，并按照不同的使用目的進行重新組合，對其下一步的發(fā)展趨勢進行預測，做出預先的判斷，并對工作過程進行優(yōu)化[3]。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有規(guī)模龐大、種類繁多、價值密度高以及計算速度快等突出優(yōu)點。基于云計算的大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)⒋幚淼拇罅砍绦蜃詣臃殖扇舾蓚€小型的子項，并由多臺服務(wù)器組成一個龐大的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的檢索、計算以及分析，最終將計算的成果提交給終端服務(wù)器。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)，利用4G/5G網(wǎng)絡(luò)對輸電線路的監(jiān)控視頻圖像和線路本體的運行狀況數(shù)據(jù)進行實時采集，并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實時監(jiān)測線路溫度和故障燈數(shù)據(jù)，以便及時發(fā)現(xiàn)輸電線路存在的運營隱患，避免對超高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響[4]。同時，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)與手機終端的實時數(shù)據(jù)交流，確保用戶能夠及時收到故障報警，從而大大提高巡查工作的效率。

1.3 復用技術(shù)

1.3.1 頻分復用

頻分復用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）指將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶（子信道），每個子信道傳輸一路信號。頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道的頻率之和，能夠使多路傳輸系統(tǒng)中各個通道間的傳輸互不干擾。該技術(shù)由于可以在不計延遲的情況下進行信號的發(fā)送，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[5]。

1.3.2 時分復用

時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）是將每條信息都分成不同的時間段，每條信息都有自己的通道。由于時隙按一定的方式指派并且向前移動，時分復用傳輸也被稱作同步時分復用，其優(yōu)勢在于時間分布固定，容易調(diào)整和控制，更適用于數(shù)碼信號的傳送。但是，其缺陷也很明顯，如果一個信號源是空閑的，沒有任何數(shù)據(jù)要發(fā)送，則相應(yīng)的信道也是空閑的[6]。

1.3.3 波分復用

波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)采用虛擬劃分法將一根光纖劃分為多條虛擬光纖，每條虛擬光纖的工作波長均不相同，可以在一定程度上提高光纖通信的效率和能力。波分復用是目前光纖通信網(wǎng)最常用的一種擴展方式，具有效率高和成本低等優(yōu)點。

1.3.4 碼分復用

碼分復用（Code Division Multiplexing，CDM）是一種對不同編碼進行區(qū)分的方法。將CDM 技術(shù)與其他多址技術(shù)結(jié)合在一起可以形成多種復用模式，如碼分多址、頻分多址、同步碼分多址以及時分多址等[7]。

2 基于邏輯復用功能的智能檢測系統(tǒng)

2.1 智能巡檢系統(tǒng)工作原理

具有邏輯復用功能的智能檢測系統(tǒng)主要包括3 個模塊，即多功能監(jiān)測基站、監(jiān)測系統(tǒng)以及測試后臺等。監(jiān)控基站利用5G/4G 虛擬專用網(wǎng)絡(luò) (Virtual Private Network，VPN），將實時音像、數(shù)據(jù)以及報警等監(jiān)控信息傳送到監(jiān)控中心。巡檢人員可以利用手機等移動設(shè)備實時獲取高壓線路運行監(jiān)測數(shù)據(jù)、音頻以及圖像等，同時可以利用5G/4G VPN 網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到電力公司的集群服務(wù)供應(yīng)商[8]。利用視頻監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對省內(nèi)超高壓輸電線的監(jiān)測。根據(jù)實際情況，綜合整理采集到的有關(guān)信息資料，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，方便后期的核查與監(jiān)管。

2.2 系統(tǒng)硬件部分

智能巡檢系統(tǒng)基于4G/5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信功能，在硬件設(shè)計方面融合了大數(shù)據(jù)技術(shù)、復用技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，在實現(xiàn)傳統(tǒng)高壓線路運行監(jiān)測功能的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級。系統(tǒng)硬件設(shè)計框架如圖1 所示。

該系統(tǒng)在總體上實現(xiàn)了節(jié)能降耗，提高了芯片的集成性，并顯著減少了芯片的功耗損失。在睡眠狀態(tài)下，電力損失只有0.05 W。利用磷酸鐵鋰電池及太陽面板的周期性充放電方法，可有效延長蓄電池的使用壽命[9]。巡檢系統(tǒng)采用抱箍回形環(huán)安裝方式，可以靈活調(diào)整方向。

2.3 系統(tǒng)軟件部分

高壓線路智能巡檢系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖2 所示。

Android 系統(tǒng)層主要用于對下級硬件平臺的控制。圖像服務(wù)主要調(diào)用系統(tǒng)的相機，完成圖像的采集，并以JPEG 格式作為圖像編碼格式。視頻Service 調(diào)用本系統(tǒng)的攝像機，以H264 格式實現(xiàn)圖像的采集和編碼。Watchdog Receiver 主要利用通用輸入輸出（General Purpose Input Output，GPIO）口與串口的2 個信道與控制器進行通信，實現(xiàn)相應(yīng)操作。Upgrade-Service提供App 的后臺更新服務(wù)。應(yīng)用層App 通過SMS Receiver 接收消息，通過Alarm receiver 實現(xiàn)定時鬧鐘，通過Push Receiver 收發(fā)信息，通過HTTP Receiver 來接收服務(wù)端的信息。

2.4 故障類型的判別與定位

超高壓輸電線路的安全、平穩(wěn)、可靠運行對于高壓線路智能巡檢系統(tǒng)至關(guān)重要，而超高壓輸電線路是否能實現(xiàn)智能巡視檢測是檢驗超高壓輸電線路有無商業(yè)應(yīng)用價值的一個重要指標。在超高壓輸電線路中，對出現(xiàn)的各種故障進行快速辨識與準確定位，不僅可以加快超高壓輸電線路恢復投運的速度，而且可以有效減少線路因短期停電而導致的經(jīng)濟損失，極大提升了超高壓輸電線路運行的可靠性和安全性[10]。

2.4.1 單相接地故障

超高壓輸電線路中出現(xiàn)單相接地故障的可能性較大，正確識別單相接地故障對超高壓輸電線路至關(guān)重要。針對單相接地，經(jīng)過故障點的短路電流很小，很難直接探測。對此，通過將特定頻率的信號從母線分別輸入到各個饋線，使其不僅能探測到電容電流和消弧線圈電感電流，還能探測到特定頻率的信號，從而實現(xiàn)對單相接地故障的識別。

2.4.2 相間短路故障

與單相接地故障相比，一條線路出現(xiàn)相間短路故障的概率相對較低。當線路出現(xiàn)相間短路時，線路故障點與變電站之間將產(chǎn)生較大的短路電流，并循環(huán)流動。根據(jù)短路電流的大小，就可以判斷線路是否已經(jīng)出現(xiàn)相間短路故障[11]。

2.4.3 故障定位

在輸電線路和電纜線路各分段加裝一個測試儀，以確定各分段的故障情況。線路故障定位示意如圖3所示。

圖3 線路故障定位示意

當3號線上出現(xiàn)故障時，故障指示器1～3都動作，其他故障指示器不動作。根據(jù)高壓線路故障指示器故障動作情況，當線路故障位置在3 和4 之間時，故障指示器會將線路故障信息發(fā)送至系統(tǒng)主站進行綜合診斷，進一步判斷故障原因，并準確定位故障。最后將故障信息發(fā)送至管理人員，及時對高壓線路故障問題進行處理。

3 結(jié) 論

文章介紹了基于邏輯復用功能的智能檢測系統(tǒng)，重點分析了智能巡檢系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)硬件部分、系統(tǒng)軟件部分以及故障類型判別與定位。智能巡檢系統(tǒng)可實現(xiàn)圖像、音頻以及數(shù)據(jù)的同步監(jiān)控，利用5G/4G VPN 網(wǎng)絡(luò)上傳到集群服務(wù)器，通過特定頻率信號的輸入實現(xiàn)單相接地故障，通過安裝故障指示器來進行相間短路故障定位，從而增強超高壓輸電線路的投運恢復能力。