变电站 GIL基础沉降在线监测装置研发

变电站 GIL基础沉降在线监测装置研发

刘畅 魏金林 邱桂尧

中国南方电网超高压输电公司昆明局 云南 昆明 650217

摘要： GIL采用SF₆气体绝缘，在运行中保证气密性就显得十分重要。目前常用的密封措施是将一段较长的管道，割裂成若干个气室，相邻气室采用绝缘子密封。但是随着GIL投入使用年限的增加，在自身重力作用下，或是受到了外界环境的干扰，容易发生不均匀沉降。气室之间开裂后容易发生气体泄漏，电气事故的发生率上升。因此，必须要研发和使用在线监测装置，对整个GIL设备进行动态监控，及时采取措施，避免沉降幅度过多、沉降速率过快引发的电气事故。

关键词：变电站；GIL；锂电池；监测装置

引言：架空线是一种常见的电力输送方式，但是因为存在占用空间大，逐渐被GIL（气体绝缘输电线路）替代。基于GIL自身结构的特殊性，采取基础沉降观测是一项必要的工作。本文提出的一种在线监测装置，用锂电池作为装置运行电源，标靶盒负责监测基础的沉降信息，一旦沉降速率过快、沉降幅度过大，超过设定限制后立即进行报警，以便于技术人员第一时间发现问题并采取相应措施。现就该监测装置的结构组成、安装流程、使用注意事项和未来发展趋势展开简要分析。

一、GIL基础沉降在线监测装置的组成

1、电池

由于该在线监测装置需要在野外长期使用，因此电源的选择十分重要。锂电池相比于普通的电池组，具有使用寿命长、电能存储能力强、温度适应性强、绿色环保等一系列优点，是该在线监测装置的理想电源。供电要求为12VDC，0.25A。锂电池的作用主要是给标靶盒中的摄像头、激光盒中的激光器供电。

2、标靶盒

考虑到基础的沉降缓慢，因此对监测设备的精度要求十分严格。标靶盒是整个在线监测装置的核心模块，其中包括的重要电气元件有摄像头、电路控制板、检测标靶等。其中，检测标靶能够感应激光点，并获得高精度的位移监测，偏差显示精度控制在0.1mm以内。摄像头将拍摄所得照片存储于数据库中，位置偏移照片与数据库标准图像对比，计算获得沉降结果。

3、发射装置

激光发射器的应用能够实现位移监测精度的提升。同时，考虑到该监测装置作业环境的复杂性，需要使用激光发射盒进行保护。在接通电源后，激光器将激光射向标靶盒。使用激光器作为发射装置，还可以避免环境的干扰，在白天，或是有雾、降雨的情况下，都可以完成连续监测，进一步提高了在线监测的连续性和精准性。

4、固定夹具

由于该监测装置安装在野外环境，必须要牢牢固定，才能避免因为风力等作用出现晃动，从而保证了监测结果的精度。夹具可以灵活移动，选择合适位置进行监测装置的固定。夹具固定可以采用螺丝紧固的方式，也可以采用焊接的方式，固定之后检查是否牢固。

二、在线监测装置的安装流程

1、硬件部分的安装

选择合适位置，确定周边没有其他障碍物阻挡，使用4个M12的螺栓，分别固定2个安装板。2块安装板上下间隔距离大约在20cm左右，保证标靶盒、激光发射器等能够有足够的安装控件。安装板固定好之后，将标靶盒等硬件设备依次固定到安装板上，并在硬件之间连接好线路。注意将激光发射器对基础方向，避免出现遮挡的情况。设备设置数量为n，则设备编号为0-（n-1）；设备安装需要按编号顺序安装，即编号为m的设备，其激光器需要打向编号为m+1设备的靶上；第一台设备编号始终为0，0号设备只需配置激光模块，系统不采集0号设备的靶信息。

2、软件的操作要点

相比于普通监测设备，在线监测的优势之一在于可以实现监测信号的同步传输，以及同步相应计算机控制指令。工作人员在计算机上打开软件，进入到在线监测装置的控制界面。在该界面上可以直观的了解基础的坐标数据，并可以以时间（天、周、月、年等）为单位，观察位移曲线，方便掌握基础沉降变化情况。软件启动之后，7×24h不间断的运行，每隔一段时间接受前端监测装置反馈的沉降信号，并绘制沉降曲线。技术人员还可以自动选择某个周期内的沉降曲线变化情况，对GIL基础沉降有一个更加全面的了解和动态的掌握。

三、使用在线监测装置的注意事项

1、装置运行环境方面

该在线监测装置虽然经过了技术改良，但是基本原理还是通过光电感应达到信息采集和动态监测的目的。因此，对装置的运行环境有一定的要求。首先是在安装环节，以及运行过程中，要避免物理遮挡。同时将激光发射器、探头等用玻璃罩保护起来，既可以保证正常的感光，又可以避免镜头受损。其次是采用密封盒将所有监测装置保护起来，避免风沙干扰，或是设备受潮发生短路。特别是在一些湿度较大的山区等，防潮、防水工作尤其必要。

2、装置常规维护方面

在线监测装置具有精密化程度高、对运行环境要求较为严格的特点，在安装过程以及投入使用后，都要求技术人员严格按照技术规程，做好安装及维护工作。特别是在监测装置投入运行几年之后，因为环境干扰、自身硬件老化等原因，监测灵敏度、精准度降低的情况十分常见。为此，就需要技术人员做好常规维护与日常检修工作。变电站应当制定一套完整的维护方案，明确维护责任，定期做好检修维护。同时，也要针对技术人员开展培训工作，熟悉在线监测装置中各类硬件的组成、性能，对常见的装置运行问题要做到精确识别、灵活处理。

四、在线监测装置的应用效果及发展趋势

1、取得的效果

在线监测装置投入使用后，在GIL基础沉降观测方面取得了显著效果：（1）信息实时反馈，方便技术人员同步掌握基础沉降的数据信息。利用内置无线发射器，将监测信息通过无线网络传输到就近的控制中心。工作人员可以在计算机上实时接收和观察反馈信息；（2）自动进行报警，避免损失扩大化。在线装置的软件操作系统中，可以人工设定报警阈值。前端监测装置根据采集到的信息，与报警阈值进行对比，如果沉降树脂超过了报警阈值，则自动进行报警。控制中心的工作人员就可以根据报警信息，了解详细的沉降信息，为采取措施提供了依据。

2、未来发展趋势

随着新材料的出现，设备的环境适应能力也会得到进一步的增强。例如当前的在线监测装置，正常工作的温度区间在[-30,50]摄氏度，但是在我国一些地区，出现极端天气的情况下，温度可能会低于下限值或高于上限值，这种情况下在线监测装置的精度降低，甚至会停止运行。而未来新型材料的推广使用，将会解除这一限制，从而让在线监测装置得到更好的应用。除此之外，在物联网技术不断成熟的背景下，“互联网+在线监测”也成为一种必然趋势，同时融合AI（人工智能）等前沿技术，还可以进一步提高在线监测的智能化程度，智能监测、智能报警甚至是智能处理等，都有望成为现实。

结语：近年来变电站GIL设备逐渐得到了推广使用，而GIL的基础沉降问题也逐渐引起了人们的重视。为了防范因为GIL基础沉降引起电气事故和电力中断的问题，必要对沉降情况进行在线监测，随时掌握沉降信息，当基础沉降达到一定值后，及时采取防控措施，避免GIL运行故障。本文提出的一种在线装置，使用标靶盒和激光发射器可以高精度的监测、获取、反馈基础沉降数据，同时还具有自动报警等功能，在实际应用中取得了显著效果，具有推广应用价值。

参考文献：

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