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提高架空线路视频监控系统电源供电可靠性的研究
时间:2014-10-05 15:12来源:未知 作者:mindmap 点击:
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1、小组简介

       输电管理所全维度监控室建立于2013年4月,负责深圳电网110kV及以上线路的远程监控及后台运维服务。至2013年底,输电所共安装视频监控、微气象监控、故障定位、隧道综合监测、光纤测温等11类在线监测系统,在线监测覆盖率达5%,至2015年底覆盖率将达20%。
       近年来,随着城市建设的快速发展,超高树木、违章建筑及施工等外力破坏对输电线路安全稳定运行构成了极大威胁。传统运维模式仅靠人力不能及时地发现隐患且难以对隐患点进行实时跟踪。目前主要解决方案为视频在线监控,据统计至2013年国家电网公司安装量已突破10000套。深圳电网也希望通过视频远侧监控弥补传统人工运维的不足。然而,现有视频在线监控电源供电方式受气候影响较大,导致视频经常掉线,不能很好发挥监控作用。为此,输电管理所全维度监控室成立了探索QC小组,以提高架空线路视频监控系统电源供电可靠性为研究方向。    

1.1     小组概况及成员

QC小组情况
小组名称 探索QC小组 小组成立时间 2013年4月30
课题名称 提高架空线路视频监控系统电源供电可靠性的研究 小组类型 创新型
组长 斐菲 小组注册号  
活动时间 2013.4~2013.12 小组注册日期 2013.4.30
成员简介
成员姓名 性别 岗位职务  文化程度 成员分工情况
江河 主任 研究生 分管领导、组织检查
谭子敬 副主任 研究生 分管领导、组织落实
周泰 线路部主管 研究生 分管领导、项目跟进
飞英 助责 本科 组长、现场实施
申公豹 助责 研究生 组员、数据分析
王双 班员 研究生 组员、数据分析
韩当 班员 本科 组员、数据收集
陈宫 班员 本科 组员、数据收集

1.2课题进度表

2、课题来源                

近8年深圳电网110kV及以上线路主要跳闸原因比例图。
       由上图可以看出,雷击、树木超高、违章建筑、违章施工等外力破坏已构成了输电线路跳闸的主要原因。在防雷方面,采用避雷器以及引雷塔可以有效地防止防止雷击跳闸,而在树木超高、外力破坏等隐患预防方面,由于现有人力巡视难以做到实时跟进,隐患消除困难较大,举例如下:
       厦深铁路施工等外力破坏多次造成线路跳闸。2013年3-5月,因厦深铁路野蛮施工导致线路多次跳闸,在与其进行交涉过程中虽口头答应整改,但实际在无人监督的情况下仍然继续违章施工,无视电力部门的安全督察。
       220kV梅皇甲乙线N15-N16重大隐患点:东海商务中心项目。自项目施工以来,多次导致线路跳闸,为福田中心区的连续安全供电造成了重大隐患。2013年4月15日,东海商务中心施工导致梅皇甲线跳闸。经查,施工方在大风环境下进行大楼装修作业,而线行正位于大楼侧下方,施工中因外飘物落入线行导致线路对地放电,从而使线路跳闸。
       220kV象创甲乙线N57重点隐患点:松福大道施工紧挨线路走廊。象创甲乙线建设投产早于松福大道,而松福大道项目部无视高压线路,仍在线行下施工,运维班组从道路开建以来就多次督促施工方停工,但施工方总是口头答应吗,实际仍按计划进行施工,如今道路已接近完工,道路与线路走廊矛盾突出。
        诸如此类的隐患大多发生于施工活跃区,而由于运维人员紧缺,无法实时对隐患进行跟踪,造成了对线路安全稳定运行的潜在威胁。随着在线监测技术的日趋完善,视频跟踪、数据监测、隐患报警等功能越来越受到电力部门的关注。2013年4月,输电管理所线路部专程赴北京、重庆等地调研输电网在线监控技术应用现状,从兄弟单位使用情况来看,对提高输电线路安全运行有显著效果,但该系统存在的一个普遍问题是采用风光互补的供电方式电源续航能力有限,不能长期在连续阴雨天气使用,后期维护需耗费一定的人力和物力。结合深圳输电网实际,输电管理所计划逐步安装一定数量的视频在线监控系统,进一步保障输电线路安全稳定运行。
        基于上述背景,研究提高架空线路视频监控系统供电可靠性具有重要的实际应用价值。

3、目标设定

       目前,视频监控系统普遍采用风-光互补的供电方式,电源供电可靠性极易受天气影响。根据兄弟单位运行经验来看,在连续阴雨天气(5天)仅能保障1天的供电量。结合深圳输电网所处的环境情况,将目标设定为:连续阴雨天气视频监控系统电源供电可靠性100%。
       现状:连续阴雨5天,仅能保证1天的供电量,供电可靠性20%。

4、电源供电方式分析

       目前最常用的供电方式有:太阳能电池 、风力发电、风-光互补供电方式。另外,输电线路感应取能以及地线取能也正在研究当中。

4.1太阳能电池    
        造价昂贵、容量有限、极易受天气影响(无光时不能产生电能)、蓄电池寿命有限(设计5年,实际使用1年后电池老化严重)
4.2风力发电机
        电源不稳定、逆变控制器复杂、容易受天气影响(无风不能产生电能)、蓄电池寿命有限(设计5年,实际使用1年后电池老化严重)。
4.3风光互补方式
        天气晴好太阳能发电,阴雨大风是风力发电,互补性好,目前采用最普遍的方式,但容量有限,蓄电池寿命有限。
4.4 输电线路感应取能     
         在线路上固定感应线圈,通过感应线路磁场而获取能量,理论上可以获取连续不断的电能、且不受天气影响,无需储能蓄电池,但直接安装在导线上,对导线会有疲劳损伤,且在线路遭受雷击时,由感应线圈产生的大电流容易烧毁设备。
4.5 输电线路地线取能
         输电线路产生的磁场作用于地线,会在底线上产生感应电流,由于电线接电,感应电流随之流向大地,当断开地线与大地的连接,地线就相当于一个输出稳定的电流源。关键技术在于电流源与监控系统的连接方式选型,设备好操作。
4.6  各方案综合对比
序号 方案 评价 综合得分 是否
采用
运行经济性 安全可靠性 技术可行性 电源稳定性
1 太阳能电池 1 2 4 2 9 ×
2 风力发电机 1 1 4 2 8 ×
3 风光互补方式 2 3 5 3 13 ×
4 导线感应取能 5 4 3 3 15 ×
5 绝缘地线取能 5 4 4 4 17

         经过综合对比分析,采用输电线路地线取能方式对监控系统进行供电的方案可行,且具有重要的现实意义。

5、对策实施

       5.1  模型建立
        两基杆塔间地线通过绝缘子与杆塔绝缘,并与取电装置直接相连。
        2013年6月19日,经对17家主流输电线路视频在线监测系统设备进行功率测试,得出平均最大运行功率为20W,电压均为12V。
 
5.2可行性分析
       选择其中两基杆塔N12和N20 进行塔上架空地线感应电流测量。为了保证架空地线感应电流仿真计算的可靠性,使用ATP-EMTP 软件,建立该线路
的计算模型如下图所示
       从下表可见架空地线感应电流的仿真计算结果和现场实测结果良好一致
       因该条输电线路的输送容量不大于26.7MW,架空地线感应电流值较小,不超过10.40A,计算得架空地线理论取能为734.04 kWh/( km·a)。20W相当于沿双回路线路架设58米架空地线区能功率,可见理论可行。

5.3 地线取能试验
         2013年8月,在220kV前平甲乙线N22-N23线路段进行感应电能试验,获取的感应电能足以点亮一盏25W的电灯泡,由此可知该供电方式可以对监控系统(20W)进行可靠供电。

5.4 实地验证
       2013年10月30日,小组在220kV前平甲线N20安装了一套视频在线监控系统,并通过地线感应取能加蓄电池方式成功给该系统供电,将视频信号回传。进一步证实了该方案的可行性。(专利正在申请中)
 

6、总结

       10年前,少有人想到电子眼可以代替交通警察,然而现在已实现;10年后,笔者坚信同样的变革会在输电线路巡检上发生。随着影像测量技术的日新月异,通过视频智能识别监控代替传统人工作业,在智能交通、安全城市领域早已成熟应用,并已出得了巨大成效。目前在电力行业内最大的障碍就是如何保障电源的可靠供电。本项目利用架空地线进行取能,相比传统供电模式节约了大量成本,而且提高了供电可靠性,不受气候影响。一旦该技术证实可行,将提前改变现有架空输电线路巡检模式的改变,意义重大。
       该供电方案还需进行一段时间的挂运行,才能大规模推广。接下来,本QC小组将根据实际生产情况,多选取几回线路进行地线取能直供监控系统试验。同时加强保护装置设计和逆变装置稳定性方面的研究。
 

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