35～110kV 輸電線路運(yùn)行與檢修技術(shù)

唐興鑫

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局，貴州 遵義 563000）

0 引言

當(dāng)前社會(huì)整體電力需求的增多，給電網(wǎng)運(yùn)行造成了較大的壓力。保證輸電線路的運(yùn)行安全，應(yīng)能夠結(jié)合不同電壓條件下電能供應(yīng)設(shè)備設(shè)施的進(jìn)行要求，通過對(duì)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，搭配日常的定期點(diǎn)線路檢修與維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路運(yùn)行中存在的安全隱患和問題。將智能化的技術(shù)應(yīng)用到輸電線路運(yùn)行與檢修當(dāng)中，對(duì)提升輸電線路檢修效率，保障輸電線路和電網(wǎng)運(yùn)行安全具有積極的意義。

1 35～110kV 輸電線路運(yùn)行要求

1.1 桿塔與基礎(chǔ)

35～110kV 輸電線路在當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展中較為常見，以保障電網(wǎng)輸電線路的運(yùn)行安全為主要目的，結(jié)合當(dāng)前35～110kV 輸電線路運(yùn)行的情況，應(yīng)該能夠圍繞桿塔基礎(chǔ)、導(dǎo)線、絕緣子、金具等部分，在保證其遵循輸電線路運(yùn)行基本要求的前提下，對(duì)輸電線路進(jìn)行檢修維護(hù)。

在桿塔與基礎(chǔ)方面，受到長時(shí)間暴露于空氣環(huán)境以及運(yùn)行損耗等方面的影響，塔桿基礎(chǔ)表面水泥脫落，會(huì)使得桿塔鋼筋外露，出現(xiàn)桿塔基礎(chǔ)腐蝕等情況，影響桿塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。針對(duì)檢測中發(fā)現(xiàn)的桿塔傾斜、橫擔(dān)外協(xié)等情況，應(yīng)基于桿塔傾斜、橫擔(dān)歪斜最大允許值的標(biāo)準(zhǔn)（表1），對(duì)是否需要進(jìn)行檢修維護(hù)進(jìn)行判斷[1]。

表1 桿塔傾斜、橫擔(dān)歪斜最大允許值標(biāo)準(zhǔn)

且當(dāng)桿塔的橫向或縱向裂縫寬度超過0.2mm 時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土桿也會(huì)出現(xiàn)裂縫。針對(duì)這一方面的問題，應(yīng)能夠及時(shí)對(duì)相應(yīng)的桿塔基礎(chǔ)表面進(jìn)行檢修與維護(hù)處理。

1.2 導(dǎo)線與地線

在輸電線路的導(dǎo)線與地線方面，基于保障輸電線路安全運(yùn)行的目標(biāo)和要求，應(yīng)以導(dǎo)線和地線的強(qiáng)度為試驗(yàn)依據(jù)。在導(dǎo)線和地線表面出現(xiàn)較為明顯的銹蝕、外層脫落等情況下，依據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，判斷是否需要通過換線來保障線路的正常運(yùn)行狀態(tài)[2]。對(duì)導(dǎo)線地線斷股損傷界面不超過總面積7%的情況，可以應(yīng)用纏繞或護(hù)線與絞線的方法進(jìn)行處理，對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)超過原破壞值4%或損傷超過2 種以上的線路進(jìn)行切斷重接。導(dǎo)線、地線界面損失處理標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

除以上內(nèi)容外，對(duì)絕緣子部分，應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)絕緣子表面損壞、老化、龜裂等問題，及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)措施；對(duì)金具部分，主要考慮金具連接處轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、安全系數(shù)降低等問題進(jìn)行檢修維護(hù)。

2 35～110kV 輸電線路檢修技術(shù)的應(yīng)用

考慮35～110kV 輸電線路在我國的電網(wǎng)建設(shè)中分布較為廣泛，為保證這一范圍內(nèi)輸電線路的運(yùn)行安全效果，需要定期對(duì)輸電線路進(jìn)行檢修維護(hù)。在新發(fā)展階段，可以嘗試將先進(jìn)的檢測技術(shù)與監(jiān)控管理系統(tǒng)結(jié)合起來，以構(gòu)建巡視巡檢系統(tǒng)的方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)檢測，也能夠基于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫來獲取對(duì)相關(guān)故障問題進(jìn)行檢修和維護(hù)的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)作為參考，從而有效提升輸電線路檢修維護(hù)的效果，保障輸電線路的運(yùn)行安全。基于此，在對(duì)35～110kV 輸電線路應(yīng)用的檢修技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，主要可以從以下方面來入手。

2.1 GIS 狀態(tài)檢修系統(tǒng)應(yīng)用

將GIS 技術(shù)應(yīng)用于35～110kV 輸電線路的運(yùn)行檢測當(dāng)中，可以讓檢修人員直接借助移動(dòng)智能端來獲取輸電線路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體位置，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或線路破損情況的具體位置。而借助系統(tǒng)智能端，也可以將輸電線路運(yùn)行的現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)傳回到管理中心。在這一過程中，GIS 技術(shù)主要能夠滿足輸電線路運(yùn)行范圍內(nèi)氣象環(huán)境、設(shè)備外絕緣設(shè)備配置等方面參數(shù)的綜合統(tǒng)計(jì)與分析[3]。在依據(jù)最終檢測到的結(jié)果來繪制線路運(yùn)行和故障分布圖像后，可以為相應(yīng)的線路運(yùn)維人員提供科學(xué)的信息支持和參考。

（1）基于保障35～110kV 輸電線路運(yùn)行安全的目的，在設(shè)計(jì)以GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)構(gòu)建好空間充足的GIS 數(shù)據(jù)庫。GIS 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖1 所示，GIS 數(shù)據(jù)庫中應(yīng)主要儲(chǔ)存空間和屬性兩方面數(shù)據(jù)，其中，空間數(shù)據(jù)以輸電線路所在位置區(qū)域的地圖，能夠直接反映出線路區(qū)域的地形地貌、山川河流分布情況、交通狀況、建筑分布情況。在更為細(xì)致的專題圖像中，則可以明確線路、桿塔、變電站等電力設(shè)施的基本信息；屬性數(shù)據(jù)則主要包括電力設(shè)施的基本信息、運(yùn)行信息以及動(dòng)態(tài)變化信息。

圖1 GIS 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

（2）在構(gòu)建GIS 數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，還應(yīng)明確系統(tǒng)運(yùn)行依據(jù)的離線檢測檢修方式?；诓贾眉茉O(shè)輸電線路的野外環(huán)境復(fù)雜性特點(diǎn)，檢修系統(tǒng)運(yùn)行依據(jù)的檢修設(shè)備種類較多，可以借助GIS 來對(duì)輸電線路進(jìn)行離線檢測檢修。這種檢修模式主要是指在未配置過多在線檢測設(shè)備的情況下，由檢修人員針對(duì)各類電力設(shè)備的狀態(tài)量統(tǒng)計(jì)分析情況，確定現(xiàn)有電力設(shè)備運(yùn)行的健康等級(jí)，進(jìn)而依據(jù)判斷結(jié)果來對(duì)相應(yīng)的電力設(shè)備進(jìn)行檢修。

在這一模式下應(yīng)用GIS 狀態(tài)檢修系統(tǒng)，應(yīng)該以構(gòu)建全面的線路范圍人工巡視體系為主要方式，將巡線人員手持的衛(wèi)星定位裝置與監(jiān)測系統(tǒng)有效結(jié)合起來，待巡線員在終端設(shè)備中輸入電力設(shè)備狀態(tài)量后，可以直接依據(jù)GPRS 來將輸電線路現(xiàn)場的設(shè)備信息傳輸至系統(tǒng)中心[4]。同時(shí)，依據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將以往輸電線路檢修數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS 系統(tǒng)中，作為輔助檢修決策的主要依據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，考慮輸電線路檢修以指向狀態(tài)檢修為主，在現(xiàn)階段輸電線路難以滿足全面在線狀態(tài)檢修要求的情況下，可以嘗試在構(gòu)建GIS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過部分區(qū)域的在線示范作為離線狀態(tài)檢修的在線補(bǔ)充，從導(dǎo)線溫度控制系統(tǒng)、反外力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)等角度，進(jìn)一步提升離線狀態(tài)檢修和在線檢測的可靠性。同時(shí)，也應(yīng)考慮狀態(tài)檢修工作對(duì)保障輸電線路正常運(yùn)行的重要性，仍需要強(qiáng)調(diào)兼顧定期檢修的作用效果?；诖?，可以結(jié)合設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)邏輯（圖2），作為對(duì)輸電線路設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

圖2 設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)邏輯

（3）對(duì)輸電線路運(yùn)行檢修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以數(shù)據(jù)規(guī)約墻、信息交互平臺(tái)、應(yīng)用支持層、應(yīng)用層為主。在嚴(yán)格遵循相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求建設(shè)系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)規(guī)約墻主要負(fù)責(zé)為不同設(shè)備的供應(yīng)商和數(shù)據(jù)的交換提供無縫連接的渠道；信息交互平臺(tái)負(fù)責(zé)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸命令的交互傳遞；應(yīng)用支持層以數(shù)據(jù)庫服務(wù)、GIS平臺(tái)信息服務(wù)和相應(yīng)的輔助軟件平臺(tái)為主。

（4）對(duì)基于GIS 技術(shù)的輸電線路檢測系統(tǒng)進(jìn)行硬件部分的設(shè)計(jì)，應(yīng)具體包括現(xiàn)場監(jiān)測裝置及其輔助設(shè)備、通信傳輸單元、供電設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、輸電線路通信集成平臺(tái)以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器六部分內(nèi)容。其中，現(xiàn)場監(jiān)測裝置及其輔助設(shè)備以溫度監(jiān)測傳感器、線路視頻監(jiān)測裝置、泄漏電流監(jiān)測儀、主機(jī)箱、設(shè)備安裝固定夾具材料為主；通信傳輸單元主要由微波通信發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸功能；供電設(shè)備以太陽能板、電池和充電控制器構(gòu)成；網(wǎng)關(guān)主要設(shè)置在主站，用于支持主要設(shè)備的通信轉(zhuǎn)換和信息集中；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器則主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)集成平臺(tái)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息[5]。

對(duì)檢測系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，主要由服務(wù)器和客戶端兩部分構(gòu)成。其中，服務(wù)器主要以C/S 結(jié)構(gòu)來支持運(yùn)行，主要發(fā)揮對(duì)原始數(shù)據(jù)層的處理和收發(fā)解析等功能；客戶端主要應(yīng)用服務(wù)器/瀏覽器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，發(fā)揮顯示、統(tǒng)計(jì)以及人為管理等方面的功能作用。考慮客戶端需要與用戶進(jìn)行直接接觸，對(duì)該部分結(jié)構(gòu)內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行考慮。

2.2 輸電線路狀態(tài)專家模塊設(shè)計(jì)應(yīng)用

在構(gòu)建GIS 狀態(tài)檢修系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過對(duì)專家系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測數(shù)據(jù)的分析處理，從而得到輸電線路運(yùn)行狀況的科學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果?；诖耍F(xiàn)階段能夠用于輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測的專家系統(tǒng)，主要包括基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及組合模型四種算法的專家系統(tǒng)給類型。

本文在對(duì)輸電線路狀態(tài)專家模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要以模糊理論算法作為依據(jù)。在結(jié)合巡線測試信息的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層次分析法來構(gòu)建模擬評(píng)價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理推斷。將輸電線路的評(píng)價(jià)劃分為針對(duì)若干設(shè)備的評(píng)價(jià)后，再從設(shè)備中提取主要的指標(biāo)，利用模糊理論來建立不同指標(biāo)相對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的隸屬函數(shù)，在將線路現(xiàn)場各種運(yùn)行狀態(tài)量模糊化處理后，可以結(jié)合指標(biāo)的權(quán)重來對(duì)輸電線路設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。

（1）基于這一思路，首先需要構(gòu)建模擬判斷模型。在將輸電線路運(yùn)行檢修的整體問題劃分為各個(gè)子系統(tǒng)部分后，以一種改進(jìn)的1.0-1.9 標(biāo)度法來構(gòu)造層次判斷矩陣，判斷矩陣A=（aij）n×n具有如下特征：i，j∈n，aij＞0；aii=0；aij=1/aji。其中，i=j=1，2，…，n。

然后需要對(duì)矩陣元素進(jìn)行歸一化處理，以按行相加的方式得到的計(jì)算結(jié)果，即為判斷矩陣的近似特征向量，在此基礎(chǔ)上還需要對(duì)最大特征值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而通過一致性檢驗(yàn)的方式，在保證檢驗(yàn)關(guān)系符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，做好層次總排序。

（2）對(duì)輸電線路狀態(tài)的模糊化處理，以輸電線路桿塔為例，結(jié)合前面的分析發(fā)現(xiàn)，輸電線路桿塔會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間增長而出現(xiàn)傾斜問題，在傾斜調(diào)度不超過5‰時(shí)，桿塔本身能夠保證正常的運(yùn)行狀態(tài)，基于這一標(biāo)準(zhǔn)，可以重點(diǎn)參考輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，重點(diǎn)圍繞桿塔傾斜度、橫擔(dān)歪曲度、主材彎曲度以及拉線銹蝕情況，在明確各個(gè)部分評(píng)價(jià)扣分的標(biāo)準(zhǔn)后，選擇適合個(gè)性指標(biāo)的隸屬函數(shù)類型。

2.3 基于檢測模糊評(píng)價(jià)的檢修策略

在考慮35～110kV 輸電線路運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)分的結(jié)果差異，采取有針對(duì)性的檢修措施。

以百分制為前提，當(dāng)經(jīng)過系統(tǒng)監(jiān)測得到的評(píng)分處于正常狀態(tài)（85～100）時(shí)，在檢修工作中，只需要圍繞絕緣子表面清掃、線路避雷針檢查及測試、金具緊固等內(nèi)容進(jìn)行，且檢修周期也以正常頻率進(jìn)行。

當(dāng)經(jīng)過系統(tǒng)監(jiān)測得到的評(píng)分處于注意狀態(tài)（70～85）時(shí)，應(yīng)能夠適時(shí)提前安排具體的檢修工作.例如，對(duì)處于這一狀態(tài)下的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢修，應(yīng)具體強(qiáng)調(diào)零部件更換、基礎(chǔ)外觀修復(fù)、桿塔拉線防腐處理、更換桿塔拉線、帶電更換絕緣子等內(nèi)容。

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測評(píng)分處于異常狀態(tài)（55～70）時(shí)，應(yīng)在執(zhí)行以上檢修內(nèi)容的基礎(chǔ)上，再增加修復(fù)加固基礎(chǔ)、扶正加固桿塔、修復(fù)導(dǎo)地線、調(diào)整弧垂等針對(duì)主要部件的處理維護(hù)內(nèi)容。

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測評(píng)分處于危險(xiǎn)狀態(tài)（55 以下）時(shí)，還需要在檢修工作中增加更換加裝導(dǎo)地線、更換加裝桿塔、納入年度大修技改工作等方面的內(nèi)容。

3 結(jié)語

綜上所述，將智能化技術(shù)應(yīng)用到35～110kV 輸電線路的運(yùn)行檢修工作中，能夠滿足對(duì)輸電線路運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理控制需求。在充分考慮現(xiàn)階段35～110kV 輸電線路基本構(gòu)成的前提下，基于對(duì)輸電線路進(jìn)行日常檢修與維護(hù)的頻率和準(zhǔn)確性的要求，可以嘗試將GIS 系統(tǒng)和專家系統(tǒng)與輸電線路的運(yùn)行檢修機(jī)制結(jié)合起來，以更為科學(xué)的技術(shù)方法來提升輸電線路的檢修與維護(hù)效果。