一种基于大电网停电检修的可视化监测装置
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国网淄博供电公司的研究人员胡新刚、路新波、赵延华、赵岩、刘故帅，在2019年第7期《电气技术》杂志上撰文，提出了一种在能源互联网背景下的大电网停电检修新思路，具有操作性强、工作效率高等特点。设计了一种涉及输电线路检修时的接地保护工具领域的新装置，实现了大电网输电线路检修接地线及其挂接方法上的创新。
新装置在GPS通信的基础上，使用压力传感器感知接地线状态，采用可视化系统采集现场照片，实现可视化管理，为能源互联网背景下大电网停电检修提供了一定的技术支持。
电能作为高效清洁的终端能源形式，决定了以特高压电网为基础的跨国互联电网成为未来全球能源互联网发展的趋势之一。如何在跨国输电网进行常规的线路停电检修工作是亟需解决的问题。
目前，线路工作中接地工具以接地线为主，但其结构单一，然而在多个作业现场以及多个工作组同时工作时，对于多个接地点的管控多采用沟通交流的方式实现，并没有统一客观的设备辅助工作人员进行集中管控，尤其是多个资产方共同管理的输电线路以及例如漠河等地区的跨国、跨省等局部区域接地工作时，接地线的风险管控显得尤为重要和棘手。
由于线路分支接地点多，涉及供配用等多家单位，接地信息较为繁杂，而现有的接地工具不能提供全面可靠的信息源，因此容易发生检修人员误登带电杆塔或带接地线送电的事故。
挂接地线是保护工作人员在工作地点防止突然来电的可靠安全措施，在全球能源互联的大背景下，国际互联甚至洲际互联，国内外学者尚未研究共管地区的停电检修策略。
本文提出了一种在能源互联网背景下的大电网停电检修的新思路，为避免因现场各级单位之间信息传输产生的时间延误及可能产生的信息误报，设计了一种涉及输电线路检修时的接地保护工具领域的新装置，采用了可视化监测的设计，利用GPS传输位置信息，采用可视化系统采集现场作业图像，使用压力传感器感知接地线状态。
1 全球能源互联网下大电网模型
全球范围内的能源需求与资源分布呈现逆向分布的趋势。能源互联网融合了当下互联网理念，旨在构造一种能源体系使得能源能像互联网中的信息一样，任何合法主体都能够自由地接入和分享。多个供电方参与的电力市场，可以为用户提供更优质的供电服务，各个供电方在统一的信息交互平台上进行电价撮合，达到电能最高效的优化配置。某区域内的大电网示意图如图1所示。
图1 大电网结构示意图
2 信息交互
通过可视化监测装置，既能够实现各个工作现场的监控通信，而且能够针对画面显示不同情况判断其所处工作状态的不同，从而保证下一步工作是否能够继续进行。
本装置的信息交互系统如图2所示。在进行装置接地线的悬挂前，首先将现场遥控终端开启，确保工程调度、对方检修接地线挂设现场能够顺利接收到信号。此处我们选择使用多台连接到区域互联网设备的终端进行信号的传输，使用TD-SCDMA标准，确保信号的流畅和通信质量。
由于在此处涉及到相关私密问题，因此决定使用区域互联网设备作为信号传输载体，将信号进行相应加密后再发送出去，保证了信息的安全性。
同时，全部设备都安装有GPS定位模块，对双方设备进行精确定位，确保监测设备确已到达检修设备方位。悬挂接地线时候的位置都能够在三方平台上进行实时显示，对登塔作业人员形成多重防护，也提高了双方人员检修的效率。
在接地线的线夹处还设有压力传感装置，该装置内置于接地装置的操作杆内，探头在线夹内侧，并且通过2.4G无线模块与塔下监测装置进行信息的传输。2.4G通信模块具有开机自动扫描对码功能，使用免申请ISM频道，确保连接迅速准确。
图2 各供电方之间信息交互示意图
在使用时，当压力传感器检测到持续、稳定的压力变化时，即认定接地线已经悬挂完成，则启动无线模块进行信息的传输，当监测装置接收到信号后，对信号进行相应编码和加密，与图像编码一同发送至调度和对方检测装置中，在三方屏幕上进行显示。
通过本装置的使用，将多重检测手段集成到一起，共同保证了接地线挂设完毕的信息能够被对方人员识别到，从而为接下来的工作打好基础。同时，通过视频监控以及北斗定位，确保了工作现场的正确性和工作过程的准确性，保证了工作效率。在双方互视的前提下，发生错误悬挂接地线、悬挂时机错误、悬挂位置错误的可能性就大大降低，这将极大地提高跨国检修作业的安全性和效率。
3 大电网停电检修可视化监测装置
装设接地线是为了保护电气检修操作人员过程中的安全，是保证线路检修的重要技术措施，如果地线装设位置不对，则起不到保护作业人员的作用；同时，如果发生带地线送电，会产生接地故障等恶性事故。
3.1 装置技术方案
本装置技术方案：设计了一种涉及输电线路检修时的接地保护工具领域的新装置，采用了可视化监测的设计，利用GPS传输位置信息，采用可视化系统采集现场作业图像，使用压力传感器感知接地线状态，避免人工操作时的不便和安全隐患，同时提高现场操作的管控力度。输电线路检修时挂接、拆除接地线工作流程如图3、图4所示。
本装置与现有技术比较，具有如下优点：
1）本装置安装的GPS信息收发装置，可以使得各个跨国、网、省等的工作负责人在各自的安监系统中监视接地工具的使用情况。现场操作人员通过GPS信息收发装置，将接地信息共享，从而杜绝了带电挂接地线、带地刀送电的情况，保证了现场运检人员的人身安全。
图3 挂接地线工作流程示意图
图4 拆接地线工作流程示意图
2）本装置的导线端线夹采用了倒挂钩，倒挂钩可以满足因为现场天气、设备运行状态各有不同导致的杆塔角度不同和风偏带来的挂接难题。
3）本装置在挂接处线夹增加了磁铁片，可以保证接地线在使用过程中抵抗一定的风力，同时在悬挂地线过程中加快悬挂速度，提高挂接成功率。
4）通过上述优化，可以降低操作人的劳动强度，提高操作效率，为安全生产保驾护航。
3.2 装置硬件设计
本装置的GPS信息收发装置可以为安监平台提供精确的操作位置信息，同时可以为各方共享接地线使用情况，检修人员和运行人员可以实时跟踪接地总信号，对多个不同地点和工作组下达操作命令，避免误挂误拆接地线和带地线送电的事故发生。输电线路检修接地线结构示意图如图5所示。
图5 输电线路检修接地线结构示意图
3.3 装置通信设计
GPS信息收发装置的电气原理如图6所示。
图6 GPS信息收发装置示意图
GPS模块将生成的经纬度信息传送至微处理器单元，微处理器单元整合本体接地线地理信息和时间信息通过无线数据传输模块传送至云端，从而实现信息实时更新。
3.4 装置实际应用分析
本文收集了山东某市供电公司2018年度前三季度城市输电线路挂接地线的操作数据，并与未采用可视化监测装置时的历史数据进行比较，得到了该装置的实际应用指标分析，见表1。
表1 装置实际应用指标分析
由表1可以看出，采用可视化监测装置进行挂接地线操作，可以明显提高首次挂接成功率；由于GPS定位功能、压力传感器感知接地线状态以及通信装置的辅助作用，使得工作时长平均值降低了40%，工作效率提升明显；可视化系统实时采集现场作业图像，使得操作人员和监护人员的操作和监护更加标准化、规范化，杜绝了行为性违章和管理性违章的发生，提高了无违章作业率。
可视化监测装置采用了GPS传输方式，实现实时在线监测接地线的地理位置，可杜绝电力线路检修作业过程中因接地线操作不当而带来的安全隐患。
采用可视化系统采集现场作业图像，使用压力传感器感知接地线状态，其更具直观性和可靠性，实现可视化管理，有效避免了因现场各级单位之间信息传输产生的时间延误，提高了工作效率，并有效降低了信息误报的可能性，避免因检修挂接地线误操作带来的人员伤亡和设备损失，为能源互联网背景下大电网停电检修提供了一定的技术支持。