電力系統(tǒng)配電線路運(yùn)行故障檢測(cè)技術(shù)分析

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；配電線路安全，運(yùn)行故障；檢測(cè)技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜度的增加，電力系統(tǒng)配電線路的安全運(yùn)行問(wèn)題日益顯著。電力系統(tǒng)配電線路在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種外部因素的影響，包括惡劣天氣、設(shè)備老化、人為疏忽等，可能導(dǎo)致線路的故障和事故發(fā)生，嚴(yán)重影響電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性。

一、電力系統(tǒng)配電線路的基礎(chǔ)內(nèi)容

配電線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，在電力系統(tǒng)中，架設(shè)高壓電纜、安裝低壓電纜以及建設(shè)變電站等工程是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，這些設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮著各自獨(dú)特、重要的作用，共同確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為了保證電力設(shè)備的高效運(yùn)行和安全性，定期的檢測(cè)與維護(hù)工作勢(shì)在必行。在高壓配電線路中，常見的電壓等級(jí)包括220 kV、330 kV、500 kV甚至更高，針對(duì)不同的輸電距離和負(fù)荷需求，選擇合適的電壓等級(jí)至關(guān)重要，而高壓電纜的線徑、絕緣材料以及鋪設(shè)方式也會(huì)直接影響到輸電效率和安全性。低壓電纜將電能從變壓器站傳輸?shù)礁鱾€(gè)用戶端，為家庭、企業(yè)和機(jī)構(gòu)提供電力支持，在城市建設(shè)和工業(yè)發(fā)展中，低壓供電系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，而根據(jù)不同用戶的用電需求，低壓電纜的敷設(shè)設(shè)計(jì)也應(yīng)充分考慮負(fù)載均衡、線路安全以及日常維護(hù)等方面因素。變電站是輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的橋梁，用于實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)之間的互相轉(zhuǎn)換，而根據(jù)不同的用電負(fù)荷需求，變電站通常包括不同容量的變壓器以及配套的開關(guān)設(shè)備和保護(hù)裝置，根據(jù)電壓等級(jí)、供電能力及其在電網(wǎng)中的重要性，變電站主要分為一類變電站、二類變電站、三類變電站和四類變電站四種類型。其中，一類變電站是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要包括交流特高壓站、核電站及大型能源基地（300萬(wàn)kW及以上）外送的變電站；二類變電站是除一類變電站以外的其他變電站，包括750 kV、500 kV及330 kV的變電站，以及電廠外送變電站（100萬(wàn)kW及以上、300萬(wàn)kW以下）和跨省聯(lián)絡(luò)220kV變電站；三類變電站是指除二類以外的220 kV變電站，以及電廠外送變電站（30萬(wàn)kW及以上、100萬(wàn)kW以下），并且這些變電站如果因主變壓器或母線停運(yùn)、開關(guān)拒動(dòng)而引發(fā)五級(jí)電網(wǎng)事件時(shí)，亦被歸為三類變電站。四類變電站是除一、二、三類變電站以外的35 kV及以上變電站，這類變電站通常負(fù)責(zé)對(duì)工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)及居民區(qū)的供電，解決具體區(qū)域的用電需求。除了以上提及的內(nèi)容，在電力系統(tǒng)配電線路運(yùn)行故障檢測(cè)過(guò)程中，還要關(guān)注電力系統(tǒng)的整體規(guī)劃與調(diào)度，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行必須考慮到電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等方面，合理調(diào)節(jié)變壓器的容量和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的精確掌控，保障用戶的用電需求得到滿足的同時(shí)，最大程度地提高電力設(shè)備和系統(tǒng)的利用效率。

二、電力系統(tǒng)配電線路運(yùn)行故障的影響因素

（一）自然環(huán)境影響因素

自然環(huán)境對(duì)電力系統(tǒng)配電線路在安全運(yùn)行方面的影響是不可忽視的，不同的自然環(huán)境條件會(huì)對(duì)線路造成不同程度的影響。特別在夏季和季風(fēng)地區(qū)，強(qiáng)烈的暴雨會(huì)導(dǎo)致土壤潤(rùn)濕，加重土壤的重量，使電線桿或電力塔發(fā)生傾斜、倒塌的風(fēng)險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致線路設(shè)備的絕緣子表面積聚水珠，增加漏電的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響線路的安全運(yùn)行。在寒冷地區(qū)，暴雪是影響電力系統(tǒng)配電線路的重要自然災(zāi)害，其會(huì)導(dǎo)致電線結(jié)冰、絕緣子受損、電力設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題，增加線路運(yùn)行中斷的可能性。此外，強(qiáng)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致電線桿或電力塔的傾斜、斷裂甚至倒塌，使得配電線路中斷，甚至出現(xiàn)導(dǎo)線交叉、絕緣子斷裂等情況，影響線路的正常運(yùn)行。在雷雨天氣時(shí)，特高壓的高波阻抗會(huì)增加雷電直擊桿塔時(shí)絕緣閃絡(luò)的概率，如果在維護(hù)時(shí)不做好防雷措施，就可能會(huì)出現(xiàn)連鎖性、大規(guī)模的桿塔損壞事故，造成嚴(yán)重的輸電線路損壞。由此可見，在電力系統(tǒng)配電線路的維護(hù)工作中，防雷是其工作的重要內(nèi)容，在具體的維護(hù)工作中要對(duì)交流配電線路桿塔建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，不斷提升線路桿塔的絕緣等級(jí)，有效降低雷擊避雷線和塔頂引發(fā)反擊閃絡(luò)的概率，才能保證線路輸送的安全。

（二）運(yùn)維管理影響因素

作為電力企業(yè)的核心部分，電力系統(tǒng)配電線路的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展和人民生活的安全，但目前電力企業(yè)的運(yùn)維管理仍存在諸多不足，這對(duì)輸配電以及用電工程線路的安全造成了嚴(yán)重影響。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)往往停留在基本的操作層面，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路潛在的故障隱患，更無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜的突發(fā)事件，電力企業(yè)更多是依靠人工巡檢和定期檢修來(lái)確保電力系統(tǒng)配電線路的正常運(yùn)行，這種方式不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤。并且，目前還有部分電力企業(yè)仍停留在“以病治病”的傳統(tǒng)管理模式下，即只有當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)才采取補(bǔ)救措施，這種被動(dòng)式的管理方式容易導(dǎo)致線路安全隱患被忽視，增加了事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

三、電力系統(tǒng)中配電線路運(yùn)行故障的檢測(cè)技術(shù)

（一）輸配電線路故障隱患診斷與預(yù)警系統(tǒng)

輸配電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性，但由于輸配電線路長(zhǎng)、分布廣，往往受到多種因素的影響，如自然災(zāi)害、設(shè)備老化、人為破壞等，導(dǎo)致線路故障頻發(fā)。為了解決這一問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者研發(fā)出了輸配電線路故障隱患診斷與預(yù)警系統(tǒng)。輸配電線路故障隱患診斷與預(yù)警系統(tǒng)是一種針對(duì)輸配電線路中潛在故障（電力、接地）進(jìn)行診斷和預(yù)警的設(shè)備，這一系統(tǒng)的核心功能在于能夠行波故測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)分析線路中的各項(xiàng)參數(shù)，準(zhǔn)確診斷出可能存在的故障隱患，并進(jìn)行故障定位、故障類型判斷以及預(yù)警信息下發(fā)，協(xié)助電力運(yùn)維人員迅速接到線路故障預(yù)警，及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理，從而有效降低線路故障的發(fā)生率，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)通過(guò)安裝在線路上的傳感器，實(shí)時(shí)采集線路行波等關(guān)鍵參數(shù)，利用先進(jìn)的算法和模型進(jìn)行分析處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)診斷程序，快速定位故障隱患所在，并向運(yùn)維人員發(fā)送預(yù)警信息。輸配電線路故障隱患診斷與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少停電事故的發(fā)生，而且還能降低運(yùn)維成本，提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）配電網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置的組成和功能

配電網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置，就是配電網(wǎng)架空線路故障精確定位裝置，它是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組成部分。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，每套裝置包含3臺(tái)設(shè)備，每相安裝1臺(tái)，這些監(jiān)測(cè)設(shè)備直接安裝在架空導(dǎo)線上，負(fù)責(zé)對(duì)配電網(wǎng)線路的故障行波信號(hào)和故障工頻信號(hào)進(jìn)行高速采集，并利用先進(jìn)的FPGA技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)、高效地捕獲這些關(guān)鍵信號(hào)，為后續(xù)的故障定位提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

1．配電自動(dòng)化主站物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)

配電自動(dòng)化主站物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)是整個(gè)故障定位系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收并處理來(lái)自監(jiān)測(cè)設(shè)備組的數(shù)據(jù)。平臺(tái)內(nèi)部集成了診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用人工智能深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)收集到的故障信息進(jìn)行深入分析，準(zhǔn)確判斷故障的類型和位置。一旦發(fā)生故障，診斷系統(tǒng)會(huì)立即生成診斷結(jié)果，并通過(guò)多種方式通知運(yùn)維人員，如短信推送或Web客戶端實(shí)時(shí)更新。

2．客戶端

客戶端一般包括Web客戶端和手機(jī)客戶端，可以為用戶提供了直觀、便捷的界面，用于實(shí)時(shí)查看配電網(wǎng)線路的故障信息和診斷結(jié)果。并且，通過(guò)這些客戶端，運(yùn)維人員還可以迅速了解故障情況，作出及時(shí)響應(yīng)。

3．配電網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置的特點(diǎn)

配電網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置的特點(diǎn)在于其高度集成性和智能化，通過(guò)將監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理和診斷系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在提高故障定位精度的同時(shí)，也大大提高了運(yùn)維效率。此外，其無(wú)線通信功能確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和處理，使得故障能夠得到迅速響應(yīng)，將故障現(xiàn)場(chǎng)查找和檢修平均耗時(shí)一天多，縮短至1小時(shí)內(nèi)，尤其適合配網(wǎng)的基層單位使用。

（三）配電線路運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警定位技術(shù)

在配電網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置的基礎(chǔ)上，我國(guó)學(xué)者研究并推出了DX-WPS100-G203配電線路運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警定位技術(shù)，其主要是利用行波測(cè)距技術(shù)，檢測(cè)到潛在的故障跡象，并提前進(jìn)行預(yù)警，通過(guò)通信單元下發(fā)故障點(diǎn)具體位置信息，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)避免故障的發(fā)生。配電線路運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警定位技術(shù)不僅能夠在故障發(fā)生前提供預(yù)警，使運(yùn)維人員有足夠時(shí)間采取措施，避免故障的擴(kuò)大，還可以基于行波測(cè)距技術(shù)原理，能夠檢測(cè)故障類型、精確定位故障點(diǎn)，有助于快速恢復(fù)電力供應(yīng)。此外，該技術(shù)可以與現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，減少故障對(duì)設(shè)備的損壞，從而降低維護(hù)和修復(fù)成本，且在復(fù)雜的配電網(wǎng)環(huán)境中也能穩(wěn)定運(yùn)行，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1．配電線路運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警，精確快速的故障偵測(cè)者

傳統(tǒng)的故障定位方法往往依賴于用戶投訴或依靠定期巡檢來(lái)發(fā)現(xiàn)故障，這種方式既不準(zhǔn)確，也不及時(shí)，而配電線路運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警技術(shù)則是通過(guò)捕捉和分析配網(wǎng)中的行波信號(hào)，能在毫秒級(jí)別內(nèi)精確定位故障點(diǎn)，大大提高故障處理的速度和效率。該技術(shù)的核心在于對(duì)行波信號(hào)的快速捕獲和分析。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特定的行波信號(hào)，裝置通過(guò)高性能的傳感器將這些信號(hào)進(jìn)行采集，再利用內(nèi)置的算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，從而確定故障的具體位置。這一過(guò)程不僅迅速，而且準(zhǔn)確度高，為后續(xù)的故障處理工作贏得了寶貴時(shí)間。

2．一二次融合開關(guān)，電網(wǎng)安全的堅(jiān)實(shí)屏障

一二次融合開關(guān)是現(xiàn)代電網(wǎng)中的重要組成部分，它集成了傳統(tǒng)的一次和二次設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，又具備強(qiáng)大的保護(hù)功能。在故障發(fā)生時(shí)，一二次融合開關(guān)能夠快速切斷故障電流，防止事故范圍擴(kuò)大，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保護(hù)屏障。這種開關(guān)的設(shè)計(jì)理念是將復(fù)雜的二次控制線路與一次開關(guān)設(shè)備深度融合，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的緊湊化與模塊化，不僅可以簡(jiǎn)化安裝和維護(hù)的過(guò)程，還可以增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，通過(guò)引入先進(jìn)的通信技術(shù)，一二次融合開關(guān)還能實(shí)時(shí)將電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息上傳至控制中心，為遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷提供了可能。此外，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，電網(wǎng)管理者還可以更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和預(yù)警潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高效運(yùn)維。

（四）短路故障的檢修技術(shù)

電力系統(tǒng)配電線路短路故障的檢修技術(shù)是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。首先，要提前計(jì)算短路的實(shí)際電流，選擇適合的電力設(shè)備至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)階段，必須考慮設(shè)備的額定電壓和線路的額定電壓要一致，確保設(shè)備能夠正常工作而不會(huì)因電壓過(guò)高或過(guò)低而損壞，合理選擇合適的電力設(shè)備，有效防止短路故障的發(fā)生。并且，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，控制好繼電保護(hù)裝置的整定值以及熔體的額定電流也是至關(guān)重要的，合理設(shè)置繼電保護(hù)裝置的整定值，在短路事件發(fā)生時(shí)及時(shí)切斷電流，保護(hù)設(shè)備免受損壞。同時(shí)，注意應(yīng)用快速電斷電保護(hù)裝置以確保在短路事件發(fā)生時(shí)能夠迅速切斷電流，避免持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成更大的損失。另外，在短路故障的檢修過(guò)程中，需要及時(shí)定位短路故障點(diǎn)，找出故障原因并加以修復(fù)，必要時(shí)可以借助專業(yè)的電力測(cè)試儀器進(jìn)行檢測(cè)，確保問(wèn)題得到徹底解決。在檢修過(guò)程中要注意安全防護(hù)措施，確保操作人員的人身安全。在操作時(shí)要斷開相關(guān)電源，并戴上符合標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)用具，且需及時(shí)恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少停電時(shí)間對(duì)生產(chǎn)和生活造成的影響。

（五）結(jié)合地區(qū)氣候條件，防治雷擊

在電力系統(tǒng)配電線路維護(hù)中，雷擊問(wèn)題是出現(xiàn)頻率較高的自然災(zāi)害，為了有效控制由雷擊引起的線路維護(hù)問(wèn)題，需要不斷加強(qiáng)線路建設(shè)區(qū)域的氣候分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件制定更加科學(xué)的維護(hù)措施，才能確保電力的穩(wěn)定輸送，發(fā)揮電力的作用。在具體維護(hù)作業(yè)開展中，由于電力系統(tǒng)的防雷絕緣等級(jí)設(shè)計(jì)較高，因而在防雷措施的制定方面應(yīng)該緊緊圍繞防治雷電繞擊問(wèn)題展開。而雷電繞擊的主要攻擊位置是配電線路的導(dǎo)線。通過(guò)對(duì)其空間角度具體的分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線和桿塔會(huì)形成一個(gè)保護(hù)角，而保護(hù)角角度與雷電繞擊概率有密切的關(guān)系，即角度越大，被擊中的概率越高。由此可見，在防雷工作開展中，應(yīng)該降低導(dǎo)線保護(hù)角的角度。此外，在對(duì)電力系統(tǒng)配電線路的雷擊結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)該線路被雷擊之后出現(xiàn)的結(jié)果更多偏向線路跳閘。因此，在對(duì)電力系統(tǒng)配電線路的維護(hù)作業(yè)中，除了減小保護(hù)角之外，對(duì)電閘進(jìn)行保護(hù)也是必要的。在電閘維護(hù)工作中，可以采取定期檢查和維修的方式實(shí)現(xiàn)。在具體的檢查維修作業(yè)中，應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)電閘內(nèi)部元件的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如果出現(xiàn)工作狀態(tài)異常的現(xiàn)象，應(yīng)該及時(shí)采取相應(yīng)的處理，防止電閘出現(xiàn)故障。另外，在對(duì)電閘進(jìn)行定期檢修的同時(shí)，還需要對(duì)記錄雷區(qū)雷擊故障的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，以便根據(jù)數(shù)據(jù)信息及時(shí)更換零、低值絕緣子更部件，進(jìn)而降低雷雨天氣對(duì)電力系統(tǒng)配電線路的損壞。

結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，配電線路在電力行業(yè)和電網(wǎng)系統(tǒng)中的作用更加突出，但是其重要作用在提升的同時(shí)，故障檢修與維護(hù)的難度也在提升。只有不斷改進(jìn)技術(shù)水平，更新思維觀念，積極利用智能化技術(shù)設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)線路的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，才能確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為社會(huì)提供可靠的電力保障。