高压直流输电系统接地极在线监测

高压直流输电系统接地极在线监测

张杰

（中国南方电网超高压输电公司贵阳局贵州贵阳550002）

摘要：高压和直流传输是一种新的传输方式，运行时间短，基本数据少，需要额外的收集、分析和排序。特别是，对直流转换站的接地参数的获取完全是通过手工操作完成的，自动化程度较低。直流转换站是高压直流输电系统的关键设备。该装置的运行直接关系到整个直流传输系统的稳定性。因此，对直流转换站地面系统的实时监测具有重要的实际意义。

关键词：特高压直流输电；接地极；在线监测；3G无线通信技术

特高压直流输电换流站接地电极的检测大多采用人工现场检测，无法获得接地电极的实时运行数据，且人工成本高。为了满足特高压直流输电系统安全性的要求，设计一种超高电压直流接地在线监测系统，该系统采用3G无线通信技术，远程在线监测水平的接地电流，观察和其他重要领域的视频数据和操作数据和地面故障诊断和对接地极和生活评估。系统数据精度高，远程传输速度快，具有很好的现场运行稳定性。

一、接地极在线监测系统设计

1.接地电极在线监测系统的总体结构。特高压直流接地极在线监测系统由现场监测基站、3G无线通信网络和监测中心组成。现场监测基站安装在杆子支架上，由太阳能电池供电系统供电。负责现场监控数据和实时视频数据的采集和处理。处理后的数据和信息通过3G无线通信网络传输到监控中心。监控中心是系统的核心，负责将接收到的各种数据存储到数据库中，诊断监控数据的运行状态，评估极坐标的使用寿命，为系统客户提供各种应用服务。

2.现场监测基站设计。（1）现场监测基站结构。现场监测站包括单片机控制系统、各种传感器（直流电流传感器、水位传感器和土壤温度湿度传感器），气象采集单元（风速和风向传感器和大气温度湿度传感器），相机，太阳能供电系统，3G和3G通信模块数据传输控制模块，等等。采用单片机控制系统对现场监测数据和实时视频数据进行采集和处理。采用美国微芯片公司生产的PIC16F877A单片机。（3）系统监控量及传感器。1）接地电极馈电电流。地线系统通常有多个馈线和多个地线。该系统采用霍尔电流传感器采集接地电流。2）接地极温湿度。该系统利用土壤温湿度传感器采集电极场的温湿度。3）接地极井水位观测。系统采用输入式液位传感器对地下水位进行采集和观测。4）极地附近的微气象信息。该系统利用风速、风向、温湿度传感器采集地球极附近的微气象信息。5）极场视频。该系统使用高清摄像机捕捉地球两极的实时视频。太阳能电池供电系统。太阳能电池供电系统采用光伏发电方式。该系统由光伏板、电池、电源管理模块和逆变器组成，保证了系统在野外独立不间断的运行。（4）3G无线通信模块。该系统采用3G无线通信模块，在站点监控基站与3G无线通信网络之间传输视频和监控数据。3G无线通信采用第三代通信技术，数据传输速率高，可以更好地实现无线漫游，在全球范围内处理图像、音乐、视频等媒体数据。对于特高压直流地极在线监测系统，GSM或GPRS的数据传输速度较慢，无法获得清晰流畅的视频。因此，视频和监控信息的传输和接收都是通过3G无线通信来完成的。同时，考虑到运行环境不稳定的3G信号，位置的不确定性因素，3G无线通信模块采用能适应不同的网络冗余备份方案，可以很容易地切换到TDSCD-MA的中国移动、中国电信CDMA和中国联通WCDMA的网络。（6）3G数据传输控制模块。系统采用3G数据传输控制模块控制3G无线通信模块，将监控数据和视频数据压缩成数据包。现场实时监控数据和视频数据分别进行压缩，将两个数据包装入3G无线通信模块，实现监控数据和视频数据的联合传输。视频采集传输采用先进的H.264视频压缩算法，流媒体视频处理技术，实现实时动态图像传输，监控中心服务器通过数据包解码，实时监控数据和实时动态视频显示。

3.监控中心设计。监控中心由监控系统通信服务器、数据库系统、电子地理信息处理软件和客户端操作软件组成。监测中心的主要功能是：与现场监测基站通信；在数据库中存储监测数据，管理和分析监测信息；地面终端运行状态诊断及寿命评估，为系统客户提供各种应用服务。

4.接地极工作状态诊断与寿命评估。（1）地极运行状态的诊断。1）将进给电流与地极运行状态连接，进行诊断。系统监控中心接收到接地电极的馈电电流后，就可以确定接地电极的电流分布和大小。进给电流过大会加速接地极的腐蚀，缩短接地极的使用寿命。在正常情况下，进给电流的大小与所连接电极的长度大致成正比，基本保持不变。如果测量的电流值与参考值相差较大，电极可能会被严重腐蚀，系统会发出报警信号。两极周围的土壤状况是由两极的温度和湿度决定的。系统监测中心接收到地极的现场温湿度数据后，能够及时掌握地极周围土壤的状态。如果接地温度或湿度过高或过低，都会导致土壤电阻率的增加，这将直接影响到接地电流的分布、表面电位、步进电压和加热引起的接地，并加速接地体的腐蚀。因此，地球温度在任何情况下都不应过高。如果温度超过设定的阈值，系统将发出报警信号。3）将地极观测到的井水水位与地极观测到的井水状况联系起来进行诊断。系统监测中心接收到观测井水位数据后，能够及时掌握井内水位下降情况。如果井里的水位太低，就会引起地极的断层。如果水位超过设定的阈值，系统将发出报警信号。4）将地极运行环境与微气象、视频信息相结合进行诊断。系统监测中心接收到微天气和视频信息后，能够实时掌握换流站地极附近的环境和生态影响。换流站接地安全及维护与气象条件密切相关，充分利用气象数据的监测分析结合视频可视化，掌握复杂的地面条件下的操作条件，特别是在大雨，雪和多风的天气条件等基本的操作条件，积累了大量的数据操作，可以提供接地的基础上规划和设计。（2）评估极体的寿命。根据我国《直流接地电极技术导则》dlt437-2015规定，直流接地电极体在规定运行方式下的设计寿命一般不小于30年。由于接地腐蚀速度与接地电流密切相关，接地系统可以根据采集到的运行参数、接地电流和接地电流来评估腐蚀程度，进而分析接地体的使用寿命及其影响因素。接地体绘制曲线的使用寿命是为了更好的维护和更新。

二、系统的特点

1.该系统是集远程无线在线监测、在线监测等功能于一体的综合性监测系统。它不仅可以实现对特高压直流接地极各种运行参数的远程无线在线监测，还可以实现对接地极的远程无线在线监测。

2.该系统将现场监测数据加载到3G无线通信模块中，实现了监测数据与视频数据的联合传输，节约了监测数据的传输通道，大大提高了监测数据的传输速度。

3.该系统可以在线监测地极的接地电流、地极现场的温湿度、观测到的井水水位以及地极附近的微气象，监测参数全面。

4.该系统可以对特高压直流接地极的运行状态进行诊断，并对接地极的寿命进行评估。

总之，监控数据和视频可以通过3G无线通信网络同时传输，数据传输速度快，图像质量高。该系统可以显著降低特高压直流地极检测工作量，通过实时数据和视频直接掌握地极的整体运行状态，从而解决了地极的远程在线监测问题。用实时数据对电极的寿命进行了评价。

参考文献：

[1]刘海燕．浅谈高压直流输电系统接地极在线监测.2018.

[2]杨建渊，王雪峰，高压直流输电系统接地极在线监测的分析．2017.

[3]魏城北，郎秀英，探讨高压直流输电系统接地极在线监测．2017.

[4]刘璐，王庆元，浅谈高压直流输电系统接地极在线监测的研究．2017.