輸電線路智能運維系統(tǒng)的通信及定位技術(shù)研究

李鴻

摘要：智能運維系統(tǒng)是加強輸電線路運行維護質(zhì)量、解決輸電線路跳閘多發(fā)態(tài)勢的有效工具。而通信及定位技術(shù)是智能運維系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵支撐技術(shù)。因此，文章以輸電線路智能運維系統(tǒng)的運行背景為入手點，簡要闡述了通信技術(shù)、定位技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計方案，并對智能運維視角下的通信技術(shù)、定位技術(shù)應(yīng)用效果進行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：輸電線路;智能運維系統(tǒng);定位技術(shù)

前言：輸電線路是銜接發(fā)電端、變電配電端的樞紐，承擔(dān)著傳輸電網(wǎng)中電力能源的任務(wù)，輸電線路運維可靠性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性具有直接的影響。在近幾年特高壓、超高壓輸電線路投運量日益增多的背景下，我國各個地區(qū)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系更加密切，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也更高。與此同時，極端氣候、自然災(zāi)害頻發(fā)，導(dǎo)致輸電線路跳閘事故率始終停留在較高的水平。這種情況下，研究智能運維系統(tǒng)的通信及定位技術(shù)，對于降低輸電線路的事故率就非常必要。

一、輸電線路智能運維系統(tǒng)的運行背景

某電網(wǎng)共有3座變電站，變電總?cè)萘繛?001MVA。截止至今，該電網(wǎng)網(wǎng)架已形成以電廠為主要電源點，以多站點為端口的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每座變電站電源源于不同的電源點，可以基本保證電力資源供應(yīng)可靠性。該電網(wǎng)公用線路總長度為310.25km，架空線路305.20km，其余為電纜線路。線路的四分之一為單環(huán)網(wǎng)線路，其余則為雙輻射線路、單鏈結(jié)構(gòu)、單輻射線路。

通過對近幾年電網(wǎng)輸電線路問題進行統(tǒng)計可知，主要故障問題原因為風(fēng)災(zāi)因素、運行維護不當(dāng)、設(shè)備老化、雷擊問題、外力破壞等。

二、輸電線路智能運維系統(tǒng)中通信及定位技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計

1、通信技術(shù)應(yīng)用設(shè)計

根據(jù)輸電線路智能運維系統(tǒng)運行要求，在通信技術(shù)應(yīng)用設(shè)計過程中，可以考慮已鋪設(shè)光纖、未鋪設(shè)光纖兩種情況[1]。

在未鋪設(shè)光纖的情況下，無線是通信專網(wǎng)構(gòu)建主要用形式。為突破功率、接入量對單一無線數(shù)據(jù)通道運行效率的限制，可以結(jié)合無線局域網(wǎng)、寬帶無線方式，構(gòu)建雙層無線鏈路系統(tǒng)。首層無線鏈路系統(tǒng)由覆蓋面較大（20.0km）的寬帶無線設(shè)備構(gòu)成;次層無線鏈路由覆蓋面積較?。?.0km）的無線局域網(wǎng)節(jié)點構(gòu)成。無線局域網(wǎng)節(jié)點可以多跳方式連接，滿足輸電線路狀態(tài)信息接入要求。進而助力輸電線路狀態(tài)智能巡檢指導(dǎo)、巡檢路線規(guī)劃工作開展，保證輸電線路智能運維準(zhǔn)確率。

在已鋪設(shè)光纖的情況下，每一個桿塔是輸電線路在線監(jiān)測點的布置點，通信技術(shù)需要承擔(dān)智能運維系統(tǒng)監(jiān)測主站、每一個桿塔之間的信息交互[2]。此時，可以利用每一個桿塔自帶的光纖資源，選擇無源光網(wǎng)絡(luò)+無線局域網(wǎng)結(jié)合方式。即經(jīng)無線局域網(wǎng)絡(luò)方式，將多個桿塔就近接入到光網(wǎng)絡(luò)單元。進而利用OPGW光纜，沿著輸電線路接頭點，進行分光耦合，實現(xiàn)在線監(jiān)測主站端的光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元之間的信息交互。需要注意的是，在接入點距離設(shè)置時，應(yīng)考慮無線局域網(wǎng)有效覆蓋范圍，在光網(wǎng)絡(luò)單元下進行AP無線接入點的連接，實現(xiàn)整個輸電線路上的IP接入。在部分監(jiān)測點數(shù)少、線路短的情況下，還可利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機與無線局域網(wǎng)相結(jié)合的形式。即應(yīng)用2根互為備用的光纖，經(jīng)以太網(wǎng)接口進行一個布點間距小于6.0km的串行鏈路構(gòu)建。在將一段輸電線路兩端變電站接入到光纖骨干網(wǎng)絡(luò)后，構(gòu)建具有抵抗單點設(shè)備故障能力的環(huán)網(wǎng)。

2、定位技術(shù)應(yīng)用設(shè)計

在輸電線路智能運行維護系統(tǒng)中，可選擇的定位技術(shù)為超聲波測距技術(shù)。超聲波測距技術(shù)具有能量損耗慢、傳送距離遠、針對特點明顯的優(yōu)良特點。該技術(shù)主要依托基于電能的超聲波生成裝置或基于機械的超聲波生成裝置，比如，經(jīng)壓電晶體的諧振功能壓電式超聲波生成裝置，其內(nèi)部具有兩壓電晶體，其共同組成了一個共振模塊。在將一個脈沖信號施加到模塊正端、負(fù)端后，若脈沖信號頻率、壓電晶體固有振蕩頻率為相同的水平，則壓電晶片會發(fā)生共振情況，引發(fā)共振板震蕩，進而出現(xiàn)超聲波;若正、負(fù)電極間無電壓，則將超聲波傳輸給共振板后壓電晶體會出現(xiàn)振動，電信號會代替機械能，超聲波生成裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ń邮昭b置。

已知20℃室溫大氣中超聲波傳送速率為每秒344m，利用計時裝置可以獲得超聲波傳輸時間t，經(jīng)時間差測距公式，可以得到輸電線路起始點到障礙點的距離s。

具體計算公式為： ? ?-1

-1中T為獲取距離發(fā)送的時間差，即超聲波傳輸時間（開始到結(jié)束時間）t的1/2。

除超聲波測距定位技術(shù)以外，還可以應(yīng)用離散傅里葉變換DFT與向量機SVM。其中向量機SVM主要用于目標(biāo)定位，離散傅里葉變換DFT則用于數(shù)據(jù)收集。在定位前，可以利用離散傅里葉變換DFT提取每一個電流故障信號的基頻信息，并在獲得對應(yīng)的基頻特征后對其進行歸一化處理。同時將收集的位置信息、運動軌跡信息反饋給終端。進而由向量機SVM搭建故障定位器，將歸一化后基頻特征序列作為樣本進行定位訓(xùn)練，冰帝隸屬度函數(shù)進行調(diào)整后獲得規(guī)則庫[3]。同時設(shè)置誤差、學(xué)習(xí)方法、訓(xùn)練次數(shù)形成初始定位系統(tǒng)。最終根據(jù)設(shè)定模型評估原則計算故障點、電源之間的距離占輸電線路總長度的百分比，完成單相接地故障、兩相接地故障、相間故障、三相故障定位。

三、輸電線路智能運維系統(tǒng)中通信及定位技術(shù)的應(yīng)用效果

1、降低誤差

由時間差測距公式可知，超聲波測距定位技術(shù)在輸電線路智能運維系統(tǒng)中產(chǎn)生誤差源于超聲波傳輸速率誤差、測量距離傳送時間誤差。前者與氣體濃度存在較大關(guān)系，在空氣密度處于較高數(shù)值的情況下，超聲波傳輸速率處于較高的數(shù)值，速度誤差可忽略不計。反之則需要考慮空氣密度的相關(guān)因素——環(huán)境溫度，配合溫度補償技術(shù)，將測距定位誤差控制在1.00m以內(nèi)，滿足高精度測量要求;后者與20℃室溫內(nèi)超聲波速度具有較大關(guān)系，由20℃室溫內(nèi)超聲波速度可知，每秒為s△t<（0.001/344）≈0.000002907s，可以達到微秒級別，誤差小于1.00mm。由上述數(shù)據(jù)可知，利用上述定位技術(shù)，可以達到最優(yōu)故障定位，減少停電損失，降低維護人員工作量，提高電力資源供應(yīng)可靠性。

2、提高效率

寬帶無線與無線局域網(wǎng)相結(jié)合、工業(yè)以太網(wǎng)交換機與無線局域網(wǎng)相結(jié)合、無線光網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)相結(jié)合的通信技術(shù)在輸電線路智能運維系統(tǒng)中的應(yīng)用可以顯著提升線路巡檢內(nèi)容、巡檢路線、巡檢結(jié)果的傳輸準(zhǔn)確性、實效性，為輸電線路運行維護水平提高提供依據(jù)。以跳閘事故為例，自寬帶無線、工業(yè)以太網(wǎng)交換機無線光網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)相結(jié)合的通信技術(shù)應(yīng)用后，累計發(fā)現(xiàn)不同原因的跳閘隱患18000余項，其中12000項由系統(tǒng)自動識別推送，有效避免外破跳閘5000余次，外破跳閘占比也由以往的65%降低到18%，線路運行維護效率、質(zhì)量均有效提升，年均節(jié)約線路運行維護成本220余萬元。

總結(jié)：

綜上所述，智能運維系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)因風(fēng)災(zāi)因素、運行維護不當(dāng)、設(shè)備老化、雷擊問題、外力破壞而引發(fā)的輸電線路故障，并將位置信息傳輸給控制終端，保證相應(yīng)故障的及時解決。在智能運維系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計過程中，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合區(qū)域電網(wǎng)輸電線路運行情況，沿著定技術(shù)、建框架、配資源的程序，進行通信技術(shù)與定位技術(shù)的應(yīng)用方案設(shè)計。同時對相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用效果進行恰當(dāng)分析，根據(jù)分析結(jié)論，進行系統(tǒng)應(yīng)用方案的再次優(yōu)化，為輸電線路智能運維系統(tǒng)優(yōu)良作用的充分發(fā)揮提供依據(jù)。

參考文獻：

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