GIS母线形变在线监测技术研究及应用

GIS母线形变在线监测技术研究及应用

刘翀越,杨紫阳,刘坤亮

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467000

摘要：近些年来，国民经济稳定增长，科学技术持续更新。与此同时，多种先进的设备被广泛应用于电网系统运行中。随着人们用电需求的上升，电网系统运行呈现出不稳定的趋势。为了提高电网系统的运行稳定性及安全性，GIS母线形变在线监测技术受到高度重视。GIS在高压交直流输电领域中有着广泛的应用，且在环境温度变化的影响下，该类型组合电器会发生不同程度的伸缩，造成绝缘介质泄漏问题。基于此，文章首先分析在线监测技术中的GIS母线形变应用方案。其次，对GIS母线形变在线监测系统的设计进行探讨。最后，总结GIS母线形变在线监测技术的应用创新点及效益。

关键词：GIS母线；形变；监测技术

前言：GIS设备在使用过程中，因法兰接头及长度等因素的影响，极容易出现变形的问题。若设备的变形程度超出其母线设备能够承受的范围，将会对法兰接头区域的密封性能产生影响，最终泄露SF6气体。此时，不仅会对内部绝缘性能产生影响，同时也不利于电网系统的安全运行。就目前GIS设备的应用现状来看，传统的监测方式已经无法满足新时代GIS设备的运行需求。此种情况下，对GIS母线实施在线监测是十分有必要的。在线监测技术，能够及时发现GIS设备运行期间的隐患，对于提高电网运行安全有重要作用。从此种角度来看，本研究有现实性价值及意义。

一、在线监测技术中的GIS母线形变应用方案

目前，变电站母线在线监测的方案较多，不同方案的效果存在差异。母线形变应用方案一，是以图像识别技术为主的在线监测。通过对2台网络摄像机的利用，标定母线两端，于后台建立测量系统，具有图像识别功能。借助数字图像处理法和匹配法，对母线挠度进行计算[1]。该方案能够在线监测母线状态，不过环境、光照等会影响图像识别技术的应用，从算法上同一母线所处不同物力环境的难度较大。母线形变应用方案二，是以位移传感器为主的在线监测。该方案可在一定程度上承受室外电场干扰，利用无线通信方式，数据可传送至地面集中数据单元，并在本地存储，于后台对数据集中监控和处理。

二、GIS母线形变在线监测系统的设计研究

（一）GIS母线形变监测的方法

对GIS母线形变进行实时监测，可从比较客观地角度上把控母线的形变状态，同时能够提高巡查工作效率。GIS母线形变的监测方法较多，有拉线式距离传感器、磁栅、电容栅及红外线距离传感器等，都是比较常见的技术方法。其中，拉线式距离传感器可以对机械位移量进行科学转换，将其转换为能够被计量的电信号。被测物体若发生位移，拉动与物体相连的传感器绳索，就能够带动传感器传动机构与编码器。不过，在现场条件有限的情况下，部分GIS管线无法有效使用此类传感器进行实时监测。磁栅、电容栅属于电子尺，在室外的应用难度较大[2]。分析其原因，此类电子尺的耐气候性能不佳，容易被损毁。而且电子尺的尺度较大，其本身有热胀冷缩的特征，在该特征下的变化与GIS母线类似，无法实现对GIS母线形变的监测。红外线距离传感器的检测精度具体可精确到毫米，而且成本相对偏低。不过，因其监测精度并不足够，并不能够应用到GIS母线形变检测传感器中。

（二）GIS母线形变监测的原理

在对GIS母线形变在线监测系统设计分析时，明确其母线形变监测的原理十分有必要。母线最左侧，安装的是激光传感器；母线最右侧，安装的是反射板。激光测距传感器能够对两侧的距离L1进行实时测量[3]。若温度改变，两侧距离L1也将会随之发生变化。通过对L1变化的监测，可实时了解GIS母线形变情况。选择的激光测距传感器要具有较高的精度，于GIS母线的终端放置反射镜，在母线的起始端放置激光测距传感器。激光测距传感器通过发射激光束，照射到终端后，会通过反射镜，原路反射到激光测距传感器上。激光接收机，在接收反射的信号后，可直接对信号处理，同时与发射机调制信号完成自相干处理，调制信号形成的相角差，可换算成具体时间，也就是2倍被测距离的光速飞越时间，随后再将其换算成测量距离。

（三）电磁干扰的解决方法

将激光测距传感器安装到变电站时，应加强对高强度电磁场干扰问题的重视。若存在电磁场干扰，将会造成激光测距传感器或开关电源输入端等损坏[4]。为切实解决电磁干扰的问题，可提出如下解决方法。第一，屏蔽电场。在天线、导线或是未接地金属体上，电场会感应出高静电压，导致开关管或集成电路失效，且此种失效属于永久性失效。安装外壳接地的导电屏蔽层，是应对电场干扰的最佳举措。在金属屏蔽罩内，布置激光传感器。不过，裸露在外的天线或是导线，并不能够选择此种方法。导线可对地接范围在10KΩ至100KΩ的泄漏电阻。于常规电源输入EM1电路的前提下，将感应电压泄放通道R1及R2增加到其中，避免出现导线感应电压过高的问题。第二，屏蔽磁场。若电流周围的高压导线强大，能将高强度的磁场感应出来，强磁力线穿过闭合回路后，会感应到强电流。为减轻干扰，可选择高导磁率材料，屏蔽激光测距传感器，使装置运行于磁场较弱的环境中。

三、GIS母线形变在线监测技术的应用创新点及效益

GIS母线形变在线监测技术应用过程中，其创新点集中体现为几个方面。其一，屏蔽体以高磁导率材料为主。此种材料能够使磁力线分路，具有屏蔽效果[5]。屏蔽体的导磁率与屏蔽体的厚度及磁分路作用呈正相关，屏蔽体的导磁率高，其体壁厚，磁分路作用及其屏蔽效果好。其二，传感器优势显著。研制出的长母线形变监测传感器，耗能低、容易安装，而且有着较强的环境适应能力。在对现场GIS母线形变数据采集的情况下，能够形成与当地实际情况相符的形变曲线模型。总结GIS母线形变在线监测技术的应用效益，可明确该技术支持下，能够每周减少至少25h的实际工作量，极大程度上控制了人力成本投入和时间成本投入。

结语：现阶段，国家相关部门逐渐加强对电网系统运行的重视。GIS母线形变在线监测系统，是基于GIS技术和监控技术的新系统。在没有工作人员值守的情况下，该监测系统可实现对GIS母线形变相关参数的全天候自动监测，利用光纤将相关参数传回至主机，并由后台主机对参数进行分析，达到实时监测和分析预警的目的。文章在明确在线监测技术中的GIS母线形变应用方案的基础上，分别从GIS母线形变监测的方法及原理等方面，对系统设计展开研究。期望通过本次相关内容的探讨，为日后提高GIS母线形变在线监测技术水平提供建议。

参考文献：

[1]苏长宝，张泽中，王志方，等.GIS母线舱位移形变监测与预警系统研究与设计[J].电力系统装备，2021，25(13):28-29.

[2]刘翔，周玉琦，马慧芳，等.基于保护动作行为和特高频在线监测的GIS母线故障定位方法研究[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2021，26(2):58.

[3]刘攀攀，蒋海里，陈柳花，等.基于BIM+GIS技术的大跨度桥梁施工可视化信息管理平台研究及应用[J].城市道桥与防洪，2022，27(008):53.

[4]谭磊，贺美德，柳飞.GIS技术在城市轨道交通安全监测中的应用研究——以某新建地铁穿越既有地铁安全监测为例[J].测绘与空间地理信息，2021，23(5):56-60.

[5]阮运祥.GIS数字测绘技术在金属管线精准测量中的应用研究[J].世界有色金属，2021，23(015):199-200.