基于图像处理的输电线路运行状态智能监控与故障预警平台研究

基于图像处理的输电线路运行状态智能监控与故障预警平台研究

孙 建明 孔庆生 管军

1.2.3. 国网安徽省电力有限公司合肥供电公司 安徽合肥 230022

摘要:当前主要是使用预警的方式来对输电线路的故障及其相关输电线间的距离进行相关智能监控工作，是存在一定的安全隐患的，而现阶段对安全距离进行判断的各种方式都有其优缺点，是很难使用输电线路的故障进行相关的智能监控。根据这种情况，可以以有限元算法及和Maxwell 软件为基础，使500 kV 架空相关输电线路仿真模型进行建立， 且要对二维及其三维仿真的相关模型进行分析对比及计算结果进行对比。 相关研究表明，要使用相关的二维代替三维的相关模型进行电场相关分析，而后提出了使用电产有效值、而其和高度相结合的方式来对输电线路的故障安全范围进行确定，且在现场测试500 kV 线路。 最后的结果说明，电磁场测技术存在实际误差但其误差较小，能够满足相关工程应用的要求。

关键词： 输电线路； 智能监控：故障预警；图像处理

0引言

近些年来，我国的经济得到了快速的发展，而随着电网相关规模也在不断壮大。用浙江作为相关案例，浙江省2010—2020年相关电力公司110~1 000 kV架空相关输电线路使其增长了12000km，增长超过1.7倍。可是相关输电线路的工作人员数量并没有得到快速增长，并且高压线路要常常经过经通信相关盲区、交通的死区及一些无人区,想要对其运维及其故障进行排查十分困难，所以传统人工巡线的相关方式是很难满足现在的需求的。但输电线路的故障进行相关智能监控时具有很多优势，如具有较高的精度、较广的视角、良好的安全性以及不受地形影响等，其被很多国家应用。

1输电线路电场图像处理分析

线路模型选取500 kV北仑电厂—市北线同塔双回输变电通道线路。根据上述结构，在 Maxwell中建立500 kV输电线路直线塔模型，建模时导线简化设置成铝导线，忽略绝缘子、金具，并在导线上施加500 kV的电压激励。

为了验证二维模型的准确性，采用Maxwell分别建立500 kV高压线路的二维与三维模型进行对比。

1. 1. 高压输电线路二维与三维电场对比计算

选择500 kV输电线路进行建模,考相关仿真软件计算相关能力进行考虑，以实际模型作为基础，对周围的环境做简化处理，输电线路的距离为每段500 m，选择其中2段建模。

因为电场每个时刻中电场的强度都是瞬时数值，在进行点场求解的时候，要按照A相初始相角是0°进行电压载荷，将相关求解质设置成静态电场。在运输线路中，对故障预警的计算，可以得出高度为50.9 m、水平距离相关线路中心为20 m处的相关电场值。在计算监控故障中，因为解刨能力不能，电场会出现对应的波动。从中不难看出，铁塔会影响空间周围电场的分布，本文针对输电线路中故障中的预警状态以及监控状态进行研究，因此可以忽略铁塔附近电场的范围，可以对电塔周围的输电线故障进行监控，得到平均电场强度E=16.3 kV/m。

1.2输电线路二维电场计算

取输电导线三维模型的X，Y 。施加与3D相同的电压激励,由此可以计算Y=20 m、H=60 m处的电场值E,=16.5 kV/m。

对比输电导线三维和二维模型下的电场数值知，两者相对误差在3%以下，完全符合工程要求。因此，针对输电线路周边电场，可以假设输电导线沿Z方向无限长，建立二维模型进行仿真。

2电场智能监测设备与故障预警

(1)三段式电流保护:一般采用简单的三段式电流保护来保护增加的反应电流,各段的动作由电流的协调完成。设置和时间限制。其结构比较简单,操作维护方便,易受运行方式的影响,对于35kV以上线路只能作为后备保护。

(2)低电压保护:当输电线路产生故障时，各个变电站中的母线电压会出现不同程度的下降。附近的电路越靠近电压，短路点中的电压会最低。在监控预警故障设置中，低压元件会自发的对启动的设备进行保护，从而构成故障预警。

(3)距离保护:输电线路通常采用三级相间距离保护作为主保护。距离保护是对安装地点与故障地点之间阻抗的保护。属于单端测量保护,为低电平保护,也采用三级,可分为相距保护和接地距离保护，在检测设备中构成故障预警保护机制。

3智能监测现场测试与故障预警平台规划

3.1故障预警智能监测计算

已知首线L1网络的系统容量为180 MVA,最小容量为120 MVA。ab在天线上的最大数据传输输出功率大约为10mw,功率损失因数大约为0.85,长度为30 km,单元阻抗为0.40Ω/km。根据对象的已知条件,计算出各种工作模式下的阻抗。取系统平均电压U=115 kV,灵敏度计算值不符合预期结果,故选取动作电流0.48 kA进行验证。灵敏度测试计算:动作时间2秒。通过以上整定计算数据,可以得出系统满足过流继电保护要求,动作时限符合阶梯原理。

零序电流保护在故障预警中，智能监测在零序电流保护中，主要的工作原理为大电流接地系统。当本机中的电路发生保护故障时，会自动出现一个零序接地分量,零序和大电流接地保护就是由这些零序分量信号组成。因此该保护对于中性点直接接地系统的故障具有良好的保护效果。零序电流保护的优点零序电流保护具有工作可靠、工作原理和组成简单、灵敏度高、可连续运行、保护范围稳定等特点。对过电阻的影响很小。区域附近发生故障时迅速采取行动。

3.2自动重合闸

自动重合闸的目的是在规定的设定时间内将因故障而跳开的断路器重合闸,以便在发生瞬态故障时能在短时间内恢复供电。自动重合闸可以保证断路器跳闸和故障消失后供电的可靠性,可以最大限度地减少停电造成的损失。自动重合闸还可以纠正断路器本身的误跳闸。但是,当合闸后故障仍然存在时,自动重合闸会使系统再次受到电流冲击,容易缩短断路器寿命。

自动停止重合或跳闸的基本工作要求:在当断路器发生跳闸时,短暂的时间内自动停止重合或跳闸。当遥控断路器发生分断时,操作者可以手动停止操作或使用遥控电器分断时,重合闸应锁定。当故障排除后,在满足重合闸条件下,重合闸应尽快重合闸,以减少停电造成的损失。当重合闸存在于单电源线路中时,动作方式一般为三相一次性重合闸。如果该故障继续存在，三相电源中的断路器将会二次发生跳闸的现象，重合部分的跳闸不会对电源起到任何的作用。在对重合装置进行应用时，可以设置故障预警装置，在监控的条件下，故障预警装置的设定需要满足以下的条件：当电路出现故障时，线路的两侧可以在不同时限的保护下对断路器的两侧进行保护。在出现特殊情况中，可以将两侧的断路器进行断开，电源中的线路两侧不能进行同步。

4结论

在图像处理中，输电线路在不同监控运行方式下的分析和各种短路故障的整定计算使其具有保护作用。对于不同的脱扣情况,重合闸需要不同的操作要求。随着电力输电保护线路交流电压传输等级的不断扩大提高,传输供电距离的不断扩大增加,智能动力电网的应用蓬勃发展,电力行业用户对监控供电安全可靠和动力电能传输质量的提高要求越来越高,故障报警以及智能监控对输电保护线路发挥继电保护的重要作用越来越重要。

参考文献：

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