Application of Micrometeorological Monitoring in Ultra-High-Voltage Direct Current Transmission Line with Power Operation

LI Xujiong

(Lanzhou Recource & Environment Voc-tech University, Lanzhou 730021, China)

Abstract: By designing the micro-meteorological monitoring system, the local meteorological parameters of UHV DC transmission lines are acquired in real time to provide scientific basis and decision support for the power-carrying operation, so as to reduce the risk of the operation and enhance the safety of the operation. The specific research content includes the design and implementation of the micro-meteorological monitoring system, the application analysis of micro-meteorological monitoring data in the band operation, and the verification of the effectiveness through actual cases. Through the monitoring and analysis of meteorological elements, the time schedule of the power strip operation can be optimised, and a safer time period can be selected for the operation to ensure the safety and reliability of the operation.
Key words: Micrometeorological monitoring; extra-high voltage direct current transmission; live electrical work

0  引言

随着全球能源需求的持续增长和电力技术的快速发展，特高压直流输电（UHVDC）技术因其大容量、远距离、低损耗的特点，逐渐成为电力传输领域的重要选择^[1]。尽管带电作业技术在特高压直流输电线路的维护中发挥了重要作用，但其实施过程面临着诸多挑战。特高压直流输电线路的高电压和强电场环境对作业人员的安全构成极大威胁。此外，复杂的气象条件（如高温、高湿、强风等）对带电作业的安全性和效率有着显著影响。通过应用微气象监测技术，可以实时掌握作业现场的气象条件，及时预警极端天气变化，为带电作业提供科学依据和决策支持，降低作业风险，提升作业安全性。因此，实时有效地获取输电线路局部的微气象信息对于安全地进行特高压直流输电线路的带电作业以及确保线路的安全可靠运行具有重要意义。

本文研究内容包括：微气象监测系统的设计与实现、微气象监测数据在带电作业中的应用分析、以及通过实际案例验证微气象监测技术的有效性。通过对上述内容的研究，期望能够为特高压直流输电线路的带电作业提供新的技术支持，提升带电作业的安全性和可靠性。

1  特高压直流输电线路微气象监测系统设计

特高压直流输电线路微气象监测系统由四个主要部分组成：传感器模块、数据采集模块、数据传输模块和数据处理与分析模块。具体参数如表1所示。采用定点观测的方式，对特高压输电线的局地微观天气资料进行在线收集，并构建相应的数据库，以方便及时地进行天气信息的储存与查询。然后通过对该模型的修正，得到了目前最短的带电操作的最短安全间距，并建立了相应的评价指标^[2]。在此基础上，建立考虑局部小气候影响的输电线荷电运行安全性评价体系，如图1所示。

传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器和气压传感器。传感器布置在输电线路的关键节点和易受气象影响的区域，以确保监测数据的全面性和代表性。

数据采集模块负责采集传感器传输的数据，并进行初步处理。配备高精度数据采集卡和嵌入式处理器，以保证数据采集的准确性和实时性。

数据传输模块采用无线传输技术将采集到的数据传输到中央处理单元。考虑到特高压直流输电线路的分布特点和传输距离，选择低功耗、长距离传输的无线技术。

数据处理与分析模块负责对传输到中央处理单元的数据进行存储、处理和分析。使用大数据分析技术和机器学习算法，对微气象数据进行实时分析和预测，为带电作业提供决策支持。

每个传感器节点定时采集数据，并将数据传输到数据采集模块。采用本地存储和定期上传相结合的方式，确保数据的完整性和连续性。采用多跳传输和中继节点技术，确保数据能够顺利传输到中央处理单元。使用加密传输协议，确保数据传输的安全性和可靠性。

图1 特高压直流输电线路微气象监测系统示意图

Fig.1 Schematic diagram of micro-meteorological monitoring system for UHV DC transmission line

表1 微气象监测设备参数

Table 1 Parameters of micrometeorological monitoring equipment

2  气象要素对带电作业的影响

特高压直流输电线路作为现代电力输送的重要手段，其带电作业不仅技术含量高，而且具有一定的风险^[3]。在带电作业过程中，气象要素的变化对操作安全性和效率有着显著影响。

2.1 温度

高温条件下，导线的温度会升高，导致其电阻增加，输电效率下降。对于带电作业人员，高温环境还可能导致中暑等健康问题，影响操作的精确度和安全性。而低温环境则会使绝缘工具和设备变脆，增加破损的风险。

2.2 湿度

高湿度环境会增加空气的导电性，尤其是在雾天和雨天，带电作业的风险显著增加。湿度还可能导致设备表面结露，影响操作人员的视线和操作精度。

2.3 风速和风向

风向与风速共同作用下，导线会产生摆动。若风向与导线垂直，会导致导线横向摆动；若风向与导线平行，则会引起纵向摆动。导线的摆动幅度和频率会直接影响操作人员的稳定性和作业工具的精度。

2.4 气压

气压变化会影响大气密度，进而影响电场分布。气压降低时，大气密度减少，空气的绝缘强度也随之下降，可能增加电晕放电和电弧放电的风险。而气压升高时，大气密度增加，空气的绝缘强度提高，电晕放电和电弧放电的风险相对降低。因此，气压的变化需要在带电作业中加以考虑，以确保作业安全。

3  微气象监测系统的应用

3.1 实时监测环境条件

在特高压输电线路的带电作业中，微气象监测系统可以提供实时的环境数据，如温度、湿度、风速、风向和气压等。这些数据对于评估作业环境的安全性至关重要。例如，当风速过大或风向不稳定时，操作人员可以暂停作业，避免因导线摆动而发生危险^[4]。

3.2 提供准确的气象预报

微气象监测系统可以结合历史数据和实时数据，提供短期的气象预报。这些预报有助于操作人员提前规划作业时间，避开恶劣天气。例如，预报显示即将有雷暴天气，操作人员可以提前结束作业，确保安全。

3.3 提高决策的科学性

通过对微气象数据的分析，管理人员可以更科学地决策。例如，通过分析气压变化对导线温度的影响，可以优化带电作业的时间安排，选择气压较为稳定的时段进行作业，减少导线温度过高带来的风险。

3.4 提供数据支持应急响应

当微气象监测系统检测到异常气象条件（如突发大风、雷暴等）时，可以及时发出预警信息，通知操作人员撤离或采取紧急措施。这种实时的预警机制可以有效减少气象突发事件对带电作业的影响，保障操作人员的安全。

4  气象大数据预警系统的应用

（1）实时监测：利用分布在输电线路沿线的各类气象传感器，实时收集温度、湿度、风速、风向、降水量、气压等数据。通过大数据平台，将这些数据进行实时传输和存储。

（2）预警系统：基于实时气象数据和历史数据，构建气象预警模型。当监测到异常气象条件（如大风、雷暴、冰冻等）时，系统能够自动生成预警信息，提醒电网运行和维护人员及时采取防范措施。例如，当风速超过一定阈值时，系统可以预警高风风险，防止线路摆动引起故障^[5]。

（3）短期天气预测：结合气象大数据和机器学习算法，进行短期天气预测，提供未来几小时到几天的气象预报。这些预测可以帮助电网调度人员提前制定应对策略，避免气象灾害对输电线路的影响。

（4）决策支持系统：通过对气象大数据的深度分析，生成多种决策支持方案。例如，预测高温天气可能导致的线路负载增加，可以提前安排负载调整和维护；预测雷暴天气，可以提前安排线路巡视和防雷措施。

（5）线路风险评估：基于气象大数据，构建输电线路的气象风险评估模型。通过分析不同气象条件下输电线路的故障率，评估线路的风险等级，制定相应的维护和检修计划。

（6）带电作业检修计划优化：利用气象大数据，结合历史故障数据和线路运行数据，优化输电线路带电作业的检修计划。例如，在气象条件较好的季节进行高风险线路的集中检修，避免在恶劣天气下进行高风险操作，提高检修效率和安全性。

5  结论

通过研究微气象监测技术在特高压直流输电线路带电作业中的应用，得出以下结论：

（1）微气象监测的重要性：微气象监测系统能够实时获取输电线路局部的气象信息，为带电作业提供科学依据，有效降低作业风险，提升作业安全性。

（2）系统设计与实现：设计一个由传感器模块、数据采集模块、数据传输模块和数据处理与分析模块组成的微气象监测系统。该系统能够实时监测温度、湿度、风速、风向和气压等气象要素，确保数据的准确性和及时性。

（3）效果验证：通过实际案例验证，微气象监测系统在优化带电作业时间安排、提升决策的科学性以及提供应急响应数据支持方面表现出色。能够根据实时气象数据，选择更为安全的时段进行作业，减少因恶劣气象条件带来的作业风险。

参考文献：

[1] 李程.特高压输电线路在线监测技术应用[J].农村电气化,2023,(11):3-5+86.DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2023.11.002.

[2] 银得.智能电网输电线路中的在线监测技术应用[J].中华建设,2024,(05):169-171.

[3] 洪浩彬.输电线路在线监测技术研究[J].光源与照明,2023,(10):183-185.

[4] 白仕雄,刘凯,宋梁,等.±800kV特高压直流输电线路微气象实时监测与带电作业安全评估方法研究[J].高压电器,2019,55(06):198-204.DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2019.06.029.

[5] 欧阳森,陈义森.兼顾微气象预警的输电线路人机巡检计划优化[J].电力系统及其自动化学报,2023,35(01):7-13.DOI:10.19635/j.cnki.csu-epsa.001017.

作者简介：李旭炯(1985—)，男，甘肃兰州人，副教授，硕士，主要研究方向为输配电线路运行与维护（E-mail：466219556@qq.com）；