輸電線路運(yùn)行故障的分析與防范

郝永康

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 揚(yáng)州供電分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引 言

輸電線路是電力系統(tǒng)中電能輸送必不可少的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，起著決定性作用。輸電線路的整體安全正常穩(wěn)定運(yùn)行在一定程度上影響著部分輸電線路的運(yùn)行狀況，部分線路的運(yùn)行反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)整體線路起著制約作用。因此，在輸電線路運(yùn)行的過(guò)程中，任何一段線路如果出現(xiàn)了故障，都會(huì)直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常、順暢運(yùn)行。因此探究輸電線路運(yùn)行故障的防治措施就顯得的義不容辭，非常緊迫。

1 輸電線路故障的原因分析

1.1 雷擊故障的原因分析

雷電故障是指因雷擊線路造成的設(shè)備絕緣或絕緣子串閃斷。防雷是利用雷擊線路上的避雷線、避雷針或桿塔體，將雷電流進(jìn)入地面。電閃是1種閃電通過(guò)避雷線并直接擊打在電線上所引起的閃絡(luò)故障。在雷電活動(dòng)中，雷擊故障的發(fā)生具有一定的必然性，這是雷擊故障發(fā)生的周期性規(guī)律，廣泛分布于山區(qū)或丘陵盆地的地區(qū)。同時(shí)，由于雷電天氣具有一定的規(guī)律性，使得雷擊發(fā)生的概率增大。從地理環(huán)境上講，我國(guó)很多地方土壤的電阻率都很高，電線桿的電阻率也很高，容易出現(xiàn)短路。在我國(guó)部分山區(qū)，由于高海拔的山地條件，整體的電阻率增大，導(dǎo)致了雷擊率的提高。

1.2 覆冰事故原因分析

覆冰失效是指在絕緣子傘裙間結(jié)冰，使絕緣子外部絕緣等級(jí)下降，造成閃絡(luò)失效（也稱(chēng)為冰閃）。如果覆冰超出了導(dǎo)地線和桿塔的設(shè)計(jì)力學(xué)荷載，會(huì)造成斷線、橫擔(dān)變形、倒桿等嚴(yán)重的事故。首先是倒立，倒立是由于在線路運(yùn)行中，一旦有覆冰，它所承受的壓力要比它所能承受的最大壓力大得多。其次是輸電線的舞動(dòng)，導(dǎo)體處于覆冰狀態(tài)時(shí)，由于重力作用，導(dǎo)線在一定程度上會(huì)發(fā)生變形。由于氣溫升高或人工震動(dòng)，電線上的冰層脫落，金屬絲的彈性儲(chǔ)存會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為電能，導(dǎo)致電線跳躍。需要指出的是，隨著覆冰數(shù)量的增大，線路的電弧垂度增大，拉力的變化也會(huì)隨之增大，而覆冰墜落時(shí)，其振動(dòng)的幅度愈大，則會(huì)導(dǎo)致更多的失效[1]。

2 輸電線路運(yùn)行故障的排除方法

2.1 風(fēng)雨類(lèi)故障排除技術(shù)

在輸電線路中遇到的最常見(jiàn)故障就是風(fēng)雨類(lèi)故障，因?yàn)榫€路長(zhǎng)期處于外部環(huán)境，很容易遭受風(fēng)雨天氣的侵襲，如果遇到風(fēng)雨類(lèi)故障，則很可能會(huì)導(dǎo)致碰線、斷線，嚴(yán)重危及人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。因此，風(fēng)雨類(lèi)的事故一定要引起足夠的重視，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢查，考慮到維修的各種條件以及各種可能的原因。操作人員要嚴(yán)格按照規(guī)定來(lái)操作，不能按照自己的意愿去做，盡量降低外部環(huán)境對(duì)線路的影響。同時(shí)，對(duì)發(fā)生暴風(fēng)雨型故障的輸電線路所在地區(qū)的天氣、地質(zhì)環(huán)境等多個(gè)因素進(jìn)行深入分析，找到相應(yīng)的天氣變化規(guī)律，從而制定相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策。

另外，加強(qiáng)對(duì)塔架的防護(hù)以及塔基的穩(wěn)定性，以避免雷暴天氣對(duì)塔身的不良影響。

2.2 覆冰故障的防范

在鋪設(shè)線路前，應(yīng)先調(diào)查地質(zhì)特征、水文、氣象條件，并根據(jù)近年來(lái)的氣象特征進(jìn)一步分析輸電線路的特點(diǎn)，以避免出現(xiàn)結(jié)冰和覆冰的高發(fā)地區(qū)；在冬季，選用具有良好融冰性和優(yōu)良品質(zhì)的線路材料，加強(qiáng)對(duì)輸電線路的巡視，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行清除，以避免冰害蔓延。目前，輸電線路中采用的除冰方式主要有熱融冰法、機(jī)械破冰法等。在這些方法中，最常用的方法是利用短路電流、鐵磁線、潮流分布等原理進(jìn)行融冰、除冰；而機(jī)械破冰法的主要特點(diǎn)是振動(dòng)強(qiáng)烈，并能產(chǎn)生電磁場(chǎng)[2]。

在輸電線路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐臍v史條件，對(duì)線路可能覆冰的厚度及覆蓋范圍進(jìn)行分析，以避免出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)冰區(qū)，盡量將線路設(shè)在覆蓋程度不高的地區(qū)。對(duì)于重冰區(qū)的輸電線路，除了增加鐵塔的抗冰能力、增加護(hù)墩以外，還應(yīng)在線路中部增設(shè)加固基礎(chǔ)桿塔，以避免多根連續(xù)桿塔的倒塌，造成更大的損失。

2.3 加強(qiáng)輸電線路日常維護(hù)

相關(guān)的電力部門(mén)不僅要做好輸電線路的施工，還要對(duì)輸電線路進(jìn)行定期的檢修，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，提高供電公司的社會(huì)形象。電力公司不僅要充分考慮自身的發(fā)展需要，還要制定相對(duì)完善的、具有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)和制度，以達(dá)到規(guī)范相關(guān)工作人員的行為，從而有效減少工作中的錯(cuò)誤發(fā)生。此外，有關(guān)部門(mén)還需要制訂一套完整的輸電線路檢查計(jì)劃，定期檢查輸電線路，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路上的問(wèn)題。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)特種線路的巡視，做好巡視記錄，查找故障原因，為以后的運(yùn)營(yíng)和維修管理工作提供參考。

2.4 應(yīng)用在線檢測(cè)技術(shù)

在電網(wǎng)運(yùn)行中，采用在線監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行輸電線路維護(hù)能有效解決實(shí)際問(wèn)題。在輸電線路中，對(duì)輸電線路進(jìn)行故障診斷、故障分析、評(píng)估，實(shí)時(shí)掌握線路設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)輸電線路的動(dòng)態(tài)管理。特別是在監(jiān)督工作中，必須采取下列措施。首先，對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，包括覆冰程度、溫度變化、拉力和遠(yuǎn)端視圖；其次，監(jiān)控線路的塔桿狀況，如有無(wú)傾斜位移、有無(wú)過(guò)電壓、有無(wú)雷擊等。

2.5 加強(qiáng)輸電線路檢修和維修工作

首先，要加強(qiáng)對(duì)輸電線路的巡視，這是為了確保輸電線路的安全性和穩(wěn)定性，所以電力公司要對(duì)輸電線路的設(shè)備和管道進(jìn)行全面的監(jiān)控，在惡劣的氣候條件下還要安裝先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備。其次，供電企業(yè)必須更新和優(yōu)化輸電線路的設(shè)備，從而有效提高輸電線路的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。最后，電力企業(yè)要加大投資力度，及時(shí)更新輸電線路的設(shè)備，以有效改善其性能，并在監(jiān)測(cè)工作中引入掌上電腦（Personal Digtal Assistant，PDA）等現(xiàn)代技術(shù)，使其與全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）相結(jié)合，以提高檢測(cè)工作的效率和質(zhì)量[3]。

2.6 合理巡視是故障查找的重點(diǎn)

故障的排查最終還是要靠人力來(lái)解決，將故障數(shù)據(jù)、定性分析結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)情況和巡視重點(diǎn)等讓所有人都了如指掌。檢查的人必須到位，不能因?yàn)闄z查不到位而錯(cuò)過(guò)任何可疑的地方。在巡線過(guò)程中，除對(duì)線路自身的各個(gè)部分和主要的失效項(xiàng)目進(jìn)行關(guān)注外，還要對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)發(fā)生故障的物體、可疑物品進(jìn)行整理，并對(duì)其周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的記錄，以便進(jìn)行事故分析。排除所有可疑點(diǎn)后，若在關(guān)鍵部位未找到問(wèn)題點(diǎn)，則要加大巡查或全線巡查，或者進(jìn)行內(nèi)部交叉巡查。若仍未找到問(wèn)題點(diǎn)，可適當(dāng)組織重點(diǎn)桿段或全線登桿巡查。登桿檢查巡視因離得近，能發(fā)現(xiàn)桿塔附近不顯眼的異常或?qū)Ь€上方、絕緣子上表面等地面巡查盲區(qū)，對(duì)疑似有雷擊的情形，應(yīng)增設(shè)避雷線懸掛金具、放電間隙及桿塔上部部件。

2.7 防雷擊跳閘對(duì)策

首先，在線路上設(shè)置避雷器、降低桿塔的接地電阻、選用不均衡的絕緣形式加強(qiáng)導(dǎo)線的絕緣強(qiáng)度、架設(shè)避雷線等措施，使輸電線路不會(huì)受到雷擊。其次，對(duì)架空輸電線路的地區(qū)，應(yīng)充分綜合考慮地形地貌、雷電活動(dòng)、土壤電阻率，統(tǒng)計(jì)和分析雷電的分布與強(qiáng)度，掌握雷電與線路的聯(lián)系，雷電與區(qū)域的聯(lián)系，強(qiáng)化輸電線路的監(jiān)控。最后，根據(jù)不同地區(qū)的特征，制定不同地區(qū)的閃電分布特征，并提出相應(yīng)的對(duì)策。

2.8 增加輸電線路的絕緣性

通常來(lái)說(shuō)，輸電線路越長(zhǎng)，鐵塔的位置越高，受到雷擊的概率越大，輸電線路的壓力也就越大。一旦出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的雷電狀況，就會(huì)增大電流強(qiáng)度，導(dǎo)致短路等故障。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取增大鐵塔周?chē)^緣體的數(shù)目來(lái)減少雷擊所造成的電流強(qiáng)度，從而提高輸電線路的防雷能力。舉例來(lái)說(shuō)，懸置式的串聯(lián)復(fù)合絕緣金屬-氧化物半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管（Metal-Oxide-Semiconcluctor Field-Effect Transistor，MOSFET）（簡(jiǎn)稱(chēng)MOS）避雷器是可行的。通過(guò)這種裝置，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)，避雷器就會(huì)啟動(dòng)，這樣就能將電流的過(guò)電壓控制在一定的范圍之內(nèi)。當(dāng)閃電過(guò)電壓降低到一定的限度后，線路上的避雷器就會(huì)重新回到原來(lái)的工作狀態(tài)。這種避雷器在輸電線路上的應(yīng)用不僅可以有效減少絕緣體的電壓，而且還可以減少線路的短路[4]。

3 人工智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

3.1 輸電線路在線監(jiān)測(cè)

在人工智能的研究中，專(zhuān)家系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，建立1套實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)是十分必要的，它主要是通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出線路可能出現(xiàn)的故障和故障的根源，包括知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋機(jī)制、推理機(jī)制和人機(jī)界面5大模塊。監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的方法有遠(yuǎn)程可視化、線路安全運(yùn)行、避雷器等。將采集到的數(shù)據(jù)信息分為靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控模塊首先啟動(dòng)，將現(xiàn)場(chǎng)的情況轉(zhuǎn)換為可視化的影像。該方法能較好地反映輸電線路的運(yùn)行狀況，為輸電線路的早期故障提供了重要的依據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)信號(hào)的無(wú)線傳輸

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，可以在更大的范圍內(nèi)進(jìn)行信號(hào)覆蓋，在電網(wǎng)傳輸線的檢測(cè)熱點(diǎn)位置設(shè)置傳感器，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，將采集到的圖像和數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路運(yùn)行溫度、舞動(dòng)幅度、避雷器等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送，并通過(guò)人工智能（Artifical Intelligence ，AI）技術(shù)建立1個(gè)集成的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)線路的安全運(yùn)行進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)[5]。

3.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)

該系統(tǒng)包括客戶端監(jiān)控軟件、圖像編輯器和流媒體服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)采集、壓縮解碼、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送是關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路周邊的環(huán)境，并能隨時(shí)了解輸電線路的運(yùn)行狀況，加強(qiáng)對(duì)輸電線路的管理。圖像編碼器利用壓縮和編碼技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后利用無(wú)線技術(shù)將處理后的數(shù)據(jù)傳送到流媒體服務(wù)器，由管理員登錄監(jiān)控軟件進(jìn)行解碼，即可獲得高品質(zhì)的實(shí)時(shí)影像，并進(jìn)行瀏覽、監(jiān)控，最后利用 AI技術(shù)進(jìn)行處理。

4 結(jié) 論

輸電線路的運(yùn)行安全不僅與我國(guó)電力供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益直接相關(guān)，而且對(duì)我國(guó)人民的生活、企業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展也產(chǎn)生嚴(yán)重影響。輸電線路故障受其自身特性的影響，有必要通過(guò)將科學(xué)方法與跟蹤人員的辛勤工作相結(jié)合來(lái)有效地防止故障發(fā)生。為了防止輸電線路發(fā)生故障，需結(jié)合輸電線路的具體特點(diǎn)和實(shí)際情況，制定一系列合理的措施，以確保輸電線路的安全。