電力線路在線巡視監(jiān)測及故障精確定位的研究

摘 要：隨著我國智能電網(wǎng)和電力線路建設(shè)的高速發(fā)展，在使得輸配電線路數(shù)量不斷增加的同時也將電力路線的在線巡視和故障精確定位工作變得更為繁瑣，電網(wǎng)的負(fù)荷密度也隨之大幅度提升。現(xiàn)如今，電力線路的安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)成為電力供應(yīng)的重中之重，一旦出現(xiàn)故障會嚴(yán)重影響人們正常的工作與學(xué)習(xí)。文章主要從電力線路的在線巡邏和故障定位兩方面入手，為我國實現(xiàn)智能電網(wǎng)的良好發(fā)展做好技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電力線路；在線巡視監(jiān)測；故障精確定位；饋線自動化；安全穩(wěn)定

電力線路的在線監(jiān)測和故障精確定位一直以來是我國智能電力線路的技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)，前者的主要作用在于對電力線路進(jìn)行全面的實時檢測，以便于工作人員找到供電系統(tǒng)運(yùn)行時的隱患故障；后者主要是在找出故障后幫助維修人員對故障原因進(jìn)行精確的定位，并盡快對故障進(jìn)行維護(hù)處理，最大程度的減少對居民正常用電的影響。就發(fā)展?fàn)顩r而言，我國在電力線路的維修方面仍然存在著很多不足，在一些方面很容易受到環(huán)境的影響，且故障的精確定位也有著不穩(wěn)定性，接下來要對于故障的巡視和定位進(jìn)行必要的闡述。

1 電力線路監(jiān)測和故障定位的國內(nèi)外現(xiàn)狀

當(dāng)前最為常見的巡視方式是故障指示器和IC卡技術(shù)。在輸配電系統(tǒng)中，尤其是大量使用環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)的配電系統(tǒng)中，當(dāng)下級配電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)短路故障或接地故障時，利用故障指示器就能在規(guī)定時間內(nèi)對上一級供電系統(tǒng)進(jìn)行分?jǐn)?，從而避免發(fā)生嚴(yán)重的故障。電力線路的在線巡視主要是利用桿塔上的監(jiān)視系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)及紅外線成像儀等智能電子設(shè)備，根據(jù)電力線路在線巡視系統(tǒng)所反饋回來的異常數(shù)據(jù)，來對電力路線的運(yùn)行狀況進(jìn)行實時的分析檢測。在線巡視系統(tǒng)中，大量的電力線路都安裝了信息鈕，主要作用是為工作人員提供路況信息，雖然在線巡視系統(tǒng)在一定程度上能夠代替人工巡視，但是仍然存在很多缺陷。關(guān)于故障定位技術(shù)的發(fā)展，最為常見的故障定位方法是故障指示器，但是其自我適應(yīng)功能有待完善，除此之外，電力線路的中性點接地方式的不同給相關(guān)研究人員帶來了很大的技術(shù)困擾。饋線自動化開關(guān)的發(fā)展與成熟成為近年來的關(guān)注熱點。饋線自動化主要是利用計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)及通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)來對電力線路的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并對線路開關(guān)進(jìn)行合閘、分閘等遠(yuǎn)程遙控操作，在很大程度上能起到節(jié)省人力資源的作用并能夠逐步實現(xiàn)配電的自動化發(fā)展。我國在饋線自動化開關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展還有待創(chuàng)新與完善。

2 關(guān)于電力線路的在線巡視

在線巡視主要是指維修工作人員對電力線路進(jìn)行定時定期的檢查，主要分為人工巡視和無人機(jī)巡視兩種方式，容易受到如雷電、雨雪等特殊天氣的影響，從而不能對電力線路的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測和定位。我國最新發(fā)展的技術(shù)是以無線傳輸方式為主的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其能夠?qū)斉潆娋€路的各項環(huán)境指數(shù)進(jìn)行實時的監(jiān)測以便于及時的提供預(yù)警。

2.1 人工巡視

電力線路的人工巡視的工作原理是巡視人員利用攝像機(jī)和紅外線成像儀等智能設(shè)備，來對電力線路進(jìn)行檢測的一種行為。人工巡視的成本較高，尤其是在比較復(fù)雜的偏遠(yuǎn)區(qū)域，需要更高的人工成本。巡視類型主要有日常巡視、防污閃特巡、防風(fēng)防汛巡、高溫巡視及紅外測溫等方面，巡視的主要范圍包括整個供電系統(tǒng)的電力線路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、外觀及連接狀態(tài)，及電力設(shè)備的桿塔、拉線等區(qū)域，對電力線路的整體運(yùn)行狀態(tài)不能做到實時監(jiān)測。

2.2 無人機(jī)巡視

無人機(jī)巡視就是通過無線遙控、無線電遙控設(shè)備或自身的控制程序來操控?zé)o人駕駛飛行器。飛行器中可以攜帶可見光、紅外熱成像儀、紫外線成像儀等設(shè)備，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對輸配電線路的精確檢測。檢測精度較高的無人機(jī)還能進(jìn)行定點懸停檢測，改善了地面人員檢測距離小，觀測視場角小的問題。此外，無人機(jī)的應(yīng)用還不像直升機(jī)巡視那樣需要高昂的費(fèi)用和極大的安全風(fēng)險。

2.3 電力線路的在線監(jiān)測技術(shù)

在上述兩種方式均出現(xiàn)漏洞的基礎(chǔ)上，巡線機(jī)器人被相關(guān)技術(shù)人員提出并進(jìn)行了實際應(yīng)用，這種技術(shù)有高空飛行機(jī)器人和沿線爬行機(jī)器人兩種監(jiān)測方式。高空飛行機(jī)器人在應(yīng)用過程中主要出現(xiàn)了高空飛行的適應(yīng)困難、電力桿塔的適應(yīng)識別困難等問題，沿線爬行機(jī)器人在跨越障礙、多傳感技術(shù)及導(dǎo)航定位技術(shù)方面具有缺陷，但是現(xiàn)階段還存在著很多困難。

除此之外，電力線路狀態(tài)的在線監(jiān)測技術(shù)也得到了社會上的廣泛關(guān)注，主要包括電氣類檢測、機(jī)械類檢測和運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測等方面，這類檢測狀態(tài)系統(tǒng)一般采用GPRS技術(shù)，但是缺陷是傳輸數(shù)據(jù)的容量較小，無法很好的滿足電力線路巡視的實時檢測要求，只能針對某些重要的特定電力線路進(jìn)行監(jiān)測。電力線路狀態(tài)的在線監(jiān)測在一定程度上可以幫助工作人員減輕工作量，為工作人員提供決策參考。

在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計上由可分布監(jiān)控、集中管理、即時通知型智能化故障管理系統(tǒng)等幾個部分組成。這一系統(tǒng)融合了線路故障監(jiān)測和實時通訊技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)將信息傳輸?shù)绞謾C(jī)和計算機(jī)上的功能，并能夠提高故障定位和查詢的效率。監(jiān)測終端由監(jiān)測電路、分析算法、觸發(fā)電路等幾個部分組成，負(fù)責(zé)線路數(shù)據(jù)的檢測，并配置相應(yīng)的通訊主機(jī)，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)即時的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。利用各種線路故障檢測技術(shù)，實時監(jiān)測線路運(yùn)行情況，在線路出現(xiàn)短路故障、接地故障、過流等情況下，將采集的特征數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，再由監(jiān)控中心自動發(fā)信至手機(jī)終端上。

3 關(guān)于電力線路的故障精確定位

電力線路故障精確定位的主要工作是采用分布式的行波定位技術(shù)來進(jìn)行定位，首先需要利用現(xiàn)場監(jiān)測終端將線路分成不同的區(qū)域，在發(fā)生故障時一要通過工頻故障的電流來確定故障區(qū)間，二要在既定的區(qū)間再來一次行波行為，當(dāng)前自動化技術(shù)是電力系統(tǒng)提高供電穩(wěn)定性最直接可靠的技術(shù)手段，通過采用電力線路測控終端來對輸配電網(wǎng)的開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集來確定故障位置。下面將對定位過程中的具體方法進(jìn)行簡要的概述：

3.1 關(guān)于故障的測距方法

該種方法一般用來解決復(fù)雜分支下多測量點的精確定位難題。傳統(tǒng)的故障穩(wěn)態(tài)量方法對于具有明顯故障特征的電力線路十分有效，但是在故障特征較為微弱的情況下不太實用。故障分析法的工作原理是維修人員通過故障發(fā)生時的工頻電壓及過電電流等數(shù)據(jù)，來對故障點的范圍和距離進(jìn)行判斷。在這里需要注意的一點是：如果系統(tǒng)操作的性能和電力線路的特征數(shù)據(jù)十分明確，那么在電力線路發(fā)生故障時，可以利用函數(shù)來求出測量點的電壓及電流量，只需要在發(fā)生故障時及時記錄下測量點的電壓及電流量便可以很快得出故障點的位置。近幾年隨著我國電子計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，故障分析法也越來越趨近于現(xiàn)代化和自動化，美中不足的是該種方法會受到系統(tǒng)阻抗和過渡阻抗的影響，一定程度上會導(dǎo)致故障距離的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，很有可能會導(dǎo)致部分非故障線路被分析納入故障范疇，進(jìn)而影響人們的正常用電需求，希望有關(guān)研究人員以后能夠?qū)ζ溥M(jìn)行完善。

3.2 關(guān)于故障的選線方法

電力線路的故障選線通常被分為兩大類，一是通過向外增加信號，二是通過改變電氣的含量，兩種方法都比較常見。在實際應(yīng)用中，如果檢測到母線的電壓最小值比規(guī)定值要大，一般需要維修人員依次對電力線路進(jìn)行拉閘來選擇故障路線，但是該種方法的弊端在于會使得正常電路出現(xiàn)斷電故障，容易發(fā)生安全事故并且會降低電力設(shè)備的使用壽命，不利于設(shè)備的管理和保護(hù)。

3.3 關(guān)于區(qū)段的定位方法

區(qū)段定位主要是為了防止故障區(qū)域無法及時供電而對故障發(fā)生點相關(guān)區(qū)域進(jìn)行快速定位的一種措施，一般包括相角差法、行波相關(guān)法及求導(dǎo)等方法。區(qū)段定位的具體過程如下：首先，當(dāng)接地時，變電所終端根據(jù)零模電壓變化進(jìn)行啟動，并選擇合理的故障線路；其次，各出線的饋線終端根據(jù)檢測點零模電流的突變狀況進(jìn)行啟動；主站接收終端的數(shù)據(jù)后，對故障線路的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。但是這些方法對于母線反射波的反應(yīng)幅度較為強(qiáng)烈，不容易得到精確結(jié)果。近年來饋線自動化技術(shù)得到快速的發(fā)展和應(yīng)用，饋線自動化應(yīng)用上有就地控制方式和遠(yuǎn)方控制方式。前者主要通過重合器和各分段斷路器來進(jìn)行故障判斷，包括多級重合器、重合器和分段器結(jié)合、重合器與自動配電開關(guān)結(jié)合等方案，不需要主站控制，具有成本低見效快的優(yōu)勢，但是這種方法的開關(guān)設(shè)備過于復(fù)雜不適用大部分工作區(qū)域，給維修人員帶來了一定的困難；后者主要通過負(fù)荷開關(guān)和FIU系統(tǒng)來實現(xiàn)，通過FIU將現(xiàn)場故障信息發(fā)至主站再由主站對故障進(jìn)行定位分析并控制開關(guān)。此外，F(xiàn)IU在基于故障電流狀態(tài)差動的原理上，可以作為各分段斷路器的饋線保護(hù)，表現(xiàn)為當(dāng)主保護(hù)拒動時，變電站開關(guān)會跳開然后由配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷，以遠(yuǎn)程遙控的方式來隔離故障并盡快恢復(fù)故障區(qū)域的正常供電。當(dāng)前我國已經(jīng)提出了一種在線判斷故障的系統(tǒng)措施，該系統(tǒng)的工作原理是通過在配電網(wǎng)的分段開關(guān)安裝的FIU與配電網(wǎng)控制中心的SCADA系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成一個高性能的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，從而對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在完善了現(xiàn)有檢測方法結(jié)果的基礎(chǔ)上，也提高了電力線路的安全性和穩(wěn)定性，當(dāng)檢測線路中出現(xiàn)了故障特征不明顯的情況時，該智能檢測系統(tǒng)還能夠針對問題進(jìn)行分級結(jié)構(gòu)的判斷，在很大程度上提高了電力線路故障定位的精確性，適合我國大部分電力企業(yè)使用。

4 結(jié)束語

電力線路作為電力系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵，其安全性是保證人們生活正常用電的前提，也是實現(xiàn)我國智能電網(wǎng)快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。文章主要是對線路發(fā)生故障前的在線監(jiān)測及故障后的精確定位這兩大技術(shù)展開了研究討論，并針對在線監(jiān)測中出現(xiàn)過的隱患故障進(jìn)行了簡要的分析，對如何更為精確的故障定位也提出了具體措施。隨著社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)和電子計算機(jī)的不斷進(jìn)步，人們對于電力路線的高效穩(wěn)定運(yùn)行的要求只會越來越高，只有對故障進(jìn)行及時準(zhǔn)確的定位和處理才能真正提高電力路線的發(fā)展，為我國電力企業(yè)的長久發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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