10kV配電線路狀態(tài)檢測(cè)與檢修技術(shù)分析

溫州市圖盛供電服務(wù)有限公司樂清市分公司 徐 清 國網(wǎng)樂清市供電公司 劉 芳

實(shí)施有效的狀態(tài)檢測(cè)和及時(shí)的檢修技術(shù)是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，通過先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV 配電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在早期識(shí)別潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，從而采取相應(yīng)的維護(hù)措施，減少停電事件，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。

1 某市10kV 配電線路故障

某市10kV 配電線路2018年至2023年期間共發(fā)生線路故障112次，其中導(dǎo)線斷落、絕緣子閃絡(luò)、樹枝短路等外力破壞占比達(dá)60%，而由內(nèi)部設(shè)備老化引起的故障占40%，為減少故障問題現(xiàn)象，某公司在利用新型智能狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)后，如在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和視頻監(jiān)控檢測(cè)，故障率下降了35%，平均修復(fù)時(shí)間從4小時(shí)減少到1小時(shí)以內(nèi)，另外某公司引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)性維護(hù)策略，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在問題的早期識(shí)別，有效減少了計(jì)劃外停電事件，增強(qiáng)了供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

此外，在執(zhí)行條件導(dǎo)向維護(hù)時(shí)，通過對(duì)過去五年的維護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將重點(diǎn)維護(hù)資源集中在歷史故障率高的區(qū)域，不僅提升了檢修效率，還大幅度降低了運(yùn)維成本，運(yùn)維成本相較于傳統(tǒng)方法減少了約20%，這一改進(jìn)體現(xiàn)了現(xiàn)代電力系統(tǒng)日益依賴先進(jìn)的技術(shù)手段來提升服務(wù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的趨勢(shì)。

1.1 某市10kV 配電線路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

某市10kV 配電線路由變電站出線斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、絕緣子、導(dǎo)線、電桿或鐵塔、負(fù)荷開關(guān)、分支箱以及相應(yīng)的防護(hù)裝置等構(gòu)成，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮到線路的電氣性能，評(píng)估線路所經(jīng)過的地理環(huán)境，考慮天氣條件、地形影響、跨越物等因素對(duì)線路安全和穩(wěn)定運(yùn)營的可能影響，為了滿足安全規(guī)范，設(shè)計(jì)中還會(huì)包含足夠的安全裕度與冗余，設(shè)置線路的走向，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線截面積，然后確定合理的檔距以及預(yù)防外力破壞的措施。

結(jié)構(gòu)上10kV 線路常見的有架空線路和電纜線路兩種形式，架空線路通常使用單桿多回路或者雙桿多回路的架設(shè)方式，而電纜線路則埋設(shè)于地下，用于人口密集或景觀要求較高的區(qū)域，無論采用何種形式，都要確保線路具備良好的機(jī)械強(qiáng)度和電氣絕緣性能，同時(shí)方便未來的檢修與維護(hù)工作[1]。

1.2 某市10kV 配電線路常見故障類型分析

10kV 配電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)至關(guān)重要，然而在實(shí)際運(yùn)行過程中由于自然環(huán)境因素、材料老化、機(jī)械損傷等多種原因，使得配電線路會(huì)出現(xiàn)多種故障，具體故障類型有：導(dǎo)線斷裂。由強(qiáng)風(fēng)、樹枝碰撞、交通事故或老化等造成導(dǎo)線斷裂，會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷；絕緣子損壞。絕緣子在長(zhǎng)期承受環(huán)境壓力和電氣應(yīng)力下可能產(chǎn)生裂紋或破碎，影響其絕緣性能，甚至可能引起短路或閃絡(luò)事件；接觸電阻增大。接頭或鐵塔連接點(diǎn)因腐蝕、安裝不當(dāng)或磨損等原因?qū)е陆佑|電阻增加，從而引發(fā)局部過熱，影響傳輸效率并有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；接地故障。由于接地體腐蝕、斷線或接地連接不良，導(dǎo)致接地故障，進(jìn)而影響線路的安全性和可靠性[2]。表1為設(shè)計(jì)參數(shù)表。

表1 10kV 配電線路的典型設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 某市10kV 配電線路狀態(tài)檢測(cè)分析

2.1 視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)巡檢方法需大量的人力物力，且不能實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控，相比之下利用視頻監(jiān)控能夠大大提高效率和反應(yīng)速度，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署可將某公司巡檢成本降低約30%，同時(shí)減少巡檢時(shí)間超過40%。

具體來看，視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常包含多個(gè)1080p至4K 分辨率的攝像機(jī)，這些設(shè)備能夠捕獲高清晰度圖像，并配備有夜視功能，確保在夜間或光線不足的條件下也能進(jìn)行有效監(jiān)控，使用高分辨率攝像頭可以識(shí)別距離鏡頭10m 范圍內(nèi)小至1～2mm 的裂紋或異物，這些攝像頭通常會(huì)安裝在塔頂或沿線路等位置，可以覆蓋至少120°的視角，以觀察導(dǎo)線、絕緣子和周邊環(huán)境的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，視頻監(jiān)控系統(tǒng)依賴于強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)。從全國來看，據(jù)《中國電力報(bào)》2023年的報(bào)道，目前約70%的10kV 配電線路已經(jīng)接入4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，這為視頻數(shù)據(jù)的高速傳輸提供了可能，通過這些網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心可以接收到每秒至少30幀的視頻流，幾乎達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。

除了視頻捕捉外，智能分析算法的應(yīng)用也為檢測(cè)系統(tǒng)帶來了革命性的改進(jìn)，如基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)可以自動(dòng)檢測(cè)視頻中的異常特征，如斷線、樹枝掛接等，數(shù)據(jù)顯示在引入智能分析后，系統(tǒng)的準(zhǔn)確率可提升至95%以上，誤報(bào)率降低至2%以下，顯著提高了故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。另外智能分析算法可以通過精確度、召回率以及F1分?jǐn)?shù)三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行衡量，具體計(jì)算公式如下：精確度P=TP/FP；召回率R=TP/FN；F1分?jǐn)?shù)：F1=2TP/（2TP+FP+FN），其中：TP表示真正列數(shù)量，F(xiàn)P表示加正例數(shù)量，F(xiàn)N表示假反例數(shù)量。

2.2 在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是用于實(shí)時(shí)跟蹤10kV 配電線路狀態(tài)的關(guān)鍵方法，它使運(yùn)維團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崟r(shí)獲取設(shè)備性能數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，并采取預(yù)防措施以防故障發(fā)生，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括具有遠(yuǎn)程通信功能的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集單元（DAU）和集成的監(jiān)控軟件，例如使用帶有無線傳輸能力的電流和電壓傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路上的負(fù)載情況，這些傳感器一般能夠捕獲50Hz 頻率的正弦波形，其采樣精度通常在±0.5%以內(nèi)，而且能夠承受長(zhǎng)期工作溫度范圍在-40℃至+85℃之間。

除了基本的電力參數(shù)，還會(huì)監(jiān)測(cè)更多指標(biāo)如諧波畸變率、頻率偏差等，對(duì)于10kV 配電線路，諧波畸變率一般不應(yīng)超過5%，否則可能表明存在設(shè)備過載或電氣設(shè)施老化的問題，頻率偏差通常維持在±0.2Hz 以內(nèi)，對(duì)于保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。此外溫度監(jiān)測(cè)也非常關(guān)鍵，因?yàn)楦邷乜赡軐?dǎo)致設(shè)備隔離物老化，在線溫度傳感器能夠提供精確到±1℃的溫度讀數(shù)，并能通過分析溫度趨勢(shì)來預(yù)示潛在的故障。如若某一節(jié)線路的溫度連續(xù)幾天內(nèi)升高超過10℃，則可能預(yù)示著需要維護(hù)或檢修，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括裝置自檢和診斷功能，其中自檢率通常達(dá)到99.9%，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性，自檢程序會(huì)定期（如每小時(shí)一次）檢查所有傳感器和通信鏈路的狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常將立即通知控制中心[3]。

2.3 特高頻監(jiān)測(cè)

該技術(shù)基于捕獲和分析由局部放電（Partial Discharge,PD）事件產(chǎn)生的高頻電磁波，局部放電是絕緣材料劣化的早期跡象，如果不加以監(jiān)測(cè)和修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備的突然失效。在10kV 配電線路中，特高頻檢測(cè)技術(shù)通常用來評(píng)估開關(guān)設(shè)備、變壓器、母線、電纜終端以及其他絕緣設(shè)施的健康狀態(tài)，此技術(shù)可以在不停機(jī)的情況下進(jìn)行，因此對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行影響很小。

如某公司將UHF 傳感器安裝于配電室內(nèi)部或者接近待檢測(cè)的電氣設(shè)備上，能夠檢測(cè)到300MHz至3GHz 頻段內(nèi)的信號(hào)，當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)這些傳感器可以捕獲一系列的UHF 信號(hào)，而從正常到異常條件下的UHF 放電信號(hào)也有著明顯變化，2023年1～6月的平均放電脈沖幅度（mV）與每分鐘放電次數(shù)分別為：100～150/15～25、110～160/18～30、120～170/20～35、350/200+、360/205、370/210。

以上可以看出，傳感器安裝后連續(xù)工作6個(gè)月的數(shù)據(jù)顯示，正常工作狀態(tài)下的放電脈沖幅度維持在100mV 至150mV 之間。但在第四個(gè)月時(shí)監(jiān)測(cè)到放電脈沖的平均幅度上升至350mV，并且每分鐘的放電次數(shù)從20次增加到超過200次，遠(yuǎn)超正常水平，表明絕緣狀況可能出現(xiàn)問題，通過對(duì)這些信號(hào)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和分析，可以鑒定出“健康”的放電模式與“異?！钡姆烹娔Ｊ?。一項(xiàng)研究顯示，放電脈沖重復(fù)率超過每分鐘100次，且幅度連續(xù)超過500mV 的UHF信號(hào)通常預(yù)示著嚴(yán)重的絕緣問題[4]。

3 10kV 配電線路檢修技術(shù)

3.1 預(yù)防性檢修技術(shù)

3.1.1 紅外熱像

在配電線路運(yùn)行中，正常的連接點(diǎn)和設(shè)備應(yīng)該呈現(xiàn)相近的溫度分布，某公司在一項(xiàng)針對(duì)100km 10kV 配電線路的調(diào)研中，利用紅外熱像技術(shù)發(fā)現(xiàn)了12處過熱異常，其中3處是緊固件松動(dòng)導(dǎo)致，9處是因絕緣子老化，通過及時(shí)維修預(yù)防了可能的供電中斷。此外紅外熱像技術(shù)還具備定量分析能力，如在檢測(cè)到的過熱點(diǎn)上，溫度超過周圍環(huán)境20℃被視為輕微異常，超過40℃則需立即排查，如果溫差超過60℃，那么就需要停電處理。如某公司在某次檢修活動(dòng)中，紅外熱像監(jiān)測(cè)到一個(gè)接頭的溫度比周圍溫度高出65℃，立即采取了斷電措施并進(jìn)行了更換接頭的操作，避免了一場(chǎng)可能的電力事故[5]。

3.1.2 偏振光技術(shù)

偏振光技術(shù)是一種先進(jìn)的診斷方法，該技術(shù)主要通過分析輸電線路絕緣材料對(duì)偏振光的響應(yīng)來評(píng)估其健康狀況，利用光波通過介質(zhì)時(shí)偏振狀態(tài)的變化來評(píng)估絕緣材料的狀況，具體表示公式為：I=Iocos2α，其中：I表示檢測(cè)的光強(qiáng)度，Io表示初始光強(qiáng)度，α表示光偏振方向與偏振器傳輸軸轉(zhuǎn)換。

某公司在對(duì)某一地區(qū)的10kV 配電線路進(jìn)行例行檢查時(shí)，采用了偏振光技術(shù)來評(píng)估線路的絕緣性能，在具體操作中，技術(shù)人員利用偏振光儀器對(duì)絕緣子發(fā)射特定頻率的光束，測(cè)量通過絕緣材料后光波的偏振狀態(tài)變化，因?yàn)檎Ｇ闆r下絕緣材料對(duì)偏振光的影響較小，故變化率通常不超過5%，而在此次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)部分絕緣子的偏振變化率高達(dá)20%，表明其絕緣性能可能已受到損害。通過收集和分析大量樣本，統(tǒng)計(jì)得出平均偏振變化率為7%，與制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)差異顯著，結(jié)合其他絕緣性能測(cè)試結(jié)果，如介電損耗測(cè)試呈現(xiàn)異常值，進(jìn)一步證實(shí)了存在潛在絕緣問題，基于這些數(shù)據(jù)某公司維護(hù)團(tuán)隊(duì)確定了需優(yōu)先維修或更換的絕緣子，避免了潛在的線路故障。

此外長(zhǎng)期跟蹤數(shù)據(jù)也顯示，在采取預(yù)防性維護(hù)措施后絕緣性能恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，平均偏振變化率回到了4%至6%的正常水平，從而確保了10kV配電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 故障修復(fù)技術(shù)

首先對(duì)突發(fā)性大面積停電事件的快速響應(yīng)，當(dāng)接到故障報(bào)警后搶修隊(duì)伍需立即出動(dòng)，利用故障指示器和線路巡視快速定位故障點(diǎn)，在保證安全的前提下，采取必要的隔離措施后盡可能快地恢復(fù)供電，如使用臨時(shí)導(dǎo)線或快速切換至備用線路；其次臨時(shí)接續(xù)主要應(yīng)用于不影響用戶用電但需立即處理的小范圍故障。例如，當(dāng)某公司檢修人員檢測(cè)到某個(gè)桿塔的絕緣子有裂紋但還未造成短路時(shí)，可進(jìn)行臨時(shí)加固或更換新的絕緣子，以避免故障擴(kuò)大而導(dǎo)致線路跳閘，永久性修復(fù)措施針對(duì)那些需長(zhǎng)期解決方案的問題，包括對(duì)老化設(shè)施的更換、對(duì)受損線路的整體重建、對(duì)設(shè)計(jì)缺陷的改進(jìn)等，這類措施通常需要詳細(xì)規(guī)劃和預(yù)算支持，包括新技術(shù)的應(yīng)用、引入更耐用的材料、增強(qiáng)線路的自愈能力等。

最后技術(shù)人員安全操作規(guī)范對(duì)確保檢修作業(yè)順利進(jìn)行至關(guān)重要，工作人員需嚴(yán)格遵守安全規(guī)程，如正確穿戴個(gè)人防護(hù)裝備，使用合格的工具設(shè)備，并在帶電作業(yè)時(shí)采取必要的保護(hù)措施，同時(shí)培訓(xùn)和演練也是提高應(yīng)急處置能力和保障人員安全的有效手段[6]。

綜上所述，要積極重視對(duì)電路狀態(tài)的檢測(cè)和檢修，應(yīng)用合理技術(shù)加強(qiáng)電路狀態(tài)檢測(cè)與檢修水平，確保供電線路的正常運(yùn)行。