架空输电线路交叉跨越在线监测与预警系统的开发及应用

韩学民

(国网蚌埠供电公司，安徽 蚌埠 233090)

0 前言

近年来，随着电网建设规模的不断扩大以及城镇化水平的不断提升，架空输电线路下建筑物、道路、河流、其他杆线等设施逐渐增多，线路交叉跨越安全隐患已成为威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一。

为了弥补人工巡视的不足，减少不安全事件的发生，提高供电可靠性，我们开发了架空输电线路交叉跨越在线监测与预警系统。

1 系统的关键技术

系统的关键技术主要有五个部分:数据库设计与建立，三维仿真建模，预警系统建立，在线监测系统建立，系统操作界面优化。

1.1 数据库设计与建立

就系统的计算速度、统计广度而言，数据库设计是重中之重。本系统设计建立了5个主要数据库。

(1)气象区数据库。它包含各种典型气象区参数，可自由选择导入。同时，也可根据现场微气象条件，直接编辑气象库，定义为当前气象条件，系统按此气象条件进行计算。

(2)杆塔数据库。系统内置《35～500千伏送电线路铁塔通用设计型录》和部分典型设计的塔型数据。对杆塔数据，可进行增加、修改、删除等操作。如图1所示。

(3)导地线参数库。系统提供《电力工程高压送电线路设计手册(第二版)》的导线型号库，也可使用旧标准《架空送电线路设计技术规程》的导线参数。地线提供GJ-35、GJ-50和GJ-70三种型号参数，也可根据需要增加其它型号的地线。

(4)绝缘子串库。该数据库中存放各电压等级绝缘子串的数据。主要是绝缘子串的长度、重量及受风面积。

(5)交叉跨越规程库。该数据库中，按照《66kV及以下架空电力线路设计规范》和《110～500kV架空送电线路设计技术规程》的规定，输入了在当前线路电压等级下，跨越其他线路及铁路、公路、树木等的安全距离。该安全距离支持用户自行修改，用于设计、校核时对地面、对交叉跨越物距离检查。系统具备不同地物净空距离、垂直距离阈值设置及预警提示功能。如图2所示。

1.2 三维仿真建模

对输电线路杆塔本体、金具、导地线、绝缘子、通道、交跨物进行三维模型化建设。

首先，输入杆塔本体的相关参数，系统自动生成线路杆塔三维模型。如图3所示。

其次，将航拍地图进行处理，对地物进行编辑，增加交叉跨越物。被跨物的宽度、高度可手工输入或使用自动提取功能获取;地物的位置可利用高清晰的卫星图片精确选择。模型能精确、逼真地反映现场情况，视觉效果良好。如图4所示。

1.3 预警系统建立

(1)公式导入和设置

依据《电力工程高压送电线路设计手册》，将线路比载计算公式、应力弧垂公式等必要公式导入系统。如图5所示。然后在系统中选择设置计算需要的重力加速度、冰密度、π值、荷载、比载、应力、弧垂等相关参数和公式。研究不同档距线路各垂直交跨距离随温度、电流变化公式和不同档距水平交跨距离在最大风偏下数值。

(2)预警校核

需要做到利用预警系统，在录入线路测量时温度、电流大小、档距、交跨点距离等初始参数，即可计算出环境温度、最大限额电流下各类型导线的交跨距离。实现在线计算最大弧垂和最大风偏下的交跨距离、辅助整治措施和跟踪隐患管理等功能。

输入一个或多个导线弧垂变化影响因素(如:高温、低温、大风、覆冰等)，能够动态展现模拟交跨距离变化效果。导地线弧垂发生相应变化，可以对任意导地线进行对地距离、对交叉跨越距离、线间距离的测量，对线路的交叉跨越进行预判。

1.4 在线监测系统建立

采用能实现无线通信，及时监测输电线路交叉跨越数据的装置，包括:测距装置、测温装置、视频监测装置和监控中心计算机。测距装置、测温装置悬挂在高压输电线上，视频监测装置安装在输电线路杆塔上。测距装置中的第一通信模块、测温装置中的第二通信模块和视频监测装置中的数据通信模块均通过无线网络与监控中心计算机相连，达到重要交叉跨越点或线路密集区域的实时在线监测功能。

交叉跨越在线监测装置主要由监测分机、通讯基站和分析查询系统三部分组成。一方面通过环境监测装置对环境温度、湿度、风速、风向、雨量、大气压力等参数进行实时监测;另一方面，视频监测装置实时反馈现场交叉跨越变化情况。通讯基站安装在监控中心，负责接收各监测点的数据及中心命令的下发。分析查询系统安装于监控中心计算机中，负责存储、分析、查询各种数据信息。将在线监测系统采集的环境数据及视频监控信息输入交叉跨越仿真预警系统，即能实现该监控点交叉跨越三维仿真和交跨距离核算、预警等功能，达到输电线路重要交跨重点监控的目的。

1.5 系统操作界面优化

系统由四个主要界面组成，分别为主界面、参数设置、报表统计、系统管理。

(1)主界面主要是显示动态模拟的结果，可以输入少量模拟参数，进行结果预览和交叉跨越预判。主界面简单明了，同时符合审美要求、三维效果逼真、动感。

(2)参数设置是一个比较复杂的界面，界面中会包含交叉跨越计算所需的各种影响因素，以及这些因素的参数、变化率等等。软件安装时会存入数据库或配置文件中，等到软件运行后会根据真实值的对比结果进行修正。

(3)报表统计是根据计算的数值形成统计报表，提供分项统计和综合统计等多种统计方法。以便更全面地展示导线交叉跨越的个别及批量数据。

(4)系统管理是对本系统的设置。主要提供系统管理人员偏好、定时统计等对系统的管理功能，以实现更加方便的操作。

2 系统的功能特点

结合实际应用，总结出系统五个方面的主要特点:数据批量导入、线路及环境三维仿真、交叉跨越距离量测及预警、重要交叉跨越点实景监测、系统精确度及准确度高。

2.1 数据批量导入

设计并建立系统数据库，实现数据库批量导入功能，模拟生成立体三维架空输电线路。

2.2 线路及环境三维仿真

实现架空输电线路及环境三维仿真功能，使线路运维管理人员能直观地了解现场的地形地貌和交叉跨越情况。

2.3 交叉跨越距离量测及预警

实现不同工况下交叉跨越距离核算、三维空间距离量测、安全距离预警、成果输出等功能。使线路运维管理人员在室内即可模拟温度、风速等环境因素变化时线路的交叉跨越状况，并按设定的安全距离进行判定、筛选、自动生成报表，实现预警提醒功能。

2.4 重要交叉跨越点实景监测

重要交叉跨越点安装在线监测设备，一方面通过环境监测装置对环境温度、湿度、风速、风向、雨量、大气压力等参数进行实时监测，另一方面通过视频监测装置实时反馈现场交叉跨越变化情况。通讯基站接收各监测点的数据及中心命令的下发;分析查询系统处理存储、分析、查询各种数据信息。将在线监测系统采集的环境数据及视频监控信息输入交叉跨越仿真预警系统，即能实现交叉跨越三维仿真和交跨距离核算、预警等功能。

2.5 系统精确度和准确度高

(1)该系统能直接输出对应输电线路二维平断面数据并与二维设计系统对接直接打开平断面图，同时生成明细表等多种成果文件。将生成的图表和文件与线路现场实情进行对比，辨别系统仿真计算与预警数据的准确性。

(2)运用系统对输电线路进行不同工况时交叉跨越情况仿真和距离计算，将系统中模拟得出的交叉跨越数据与现场测量数据进行对比，校核数据的准确性。

系统输出结果，与现场实测数据高度一致。

3 结语

在输电线路交叉跨越运维管理上，导线安全距离和线下交跨的校验通常要经过测量、统计、计算以及分析等多个环节来完成，统计量大、计算繁琐等客观不利因素也令线路运行管理人员不能在第一时间快速了解全部交叉跨越情况，给线路安全运行留下了极大的隐患。本系统的开发应用很好地解决这一问题，从而更好的保障输电线路安全稳定运行。

［1］GB 50061-2010，66kV及以下架空电力线路设计规范［S］.

［2］DL/T 5092-1999，110～500kV架空送电线路设计技术规程［S］.

［3］SDJ 3-79，架空送电线路设计技术规程［S］.

［4］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册:第二版［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［5］毛晓桦.输电线路设计基础［M］.北京:中国水利水电出版社，2008.