高壓輸電線路故障在線監(jiān)測技術(shù)

河南電力公司平頂山供電公司 孫君錄

高壓輸電線路故障在線監(jiān)測技術(shù)

河南電力公司平頂山供電公司 孫君錄

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，電力市場化不斷推進，電力用戶對電能的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求。高壓輸電是保證電力正常運行的重要保障。高壓輸電原理是利用變壓器升高發(fā)出電能的電壓，再由斷路器等相關(guān)控制設(shè)備接入輸電線路，實現(xiàn)電力運輸。輸電線路根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，可分為架空輸電線路和地下線路。架空輸電線路是建設(shè)在地面以上的，主要組成部分有線路桿塔、導(dǎo)線和絕緣子等。地下線路是鋪設(shè)在地下部分（包括水域），利用電纜傳輸電力的線路。電力輸送常選用架空輸電線路，因其建設(shè)成本低，維修費用低，也較便利。但是因架空輸電線路暴露在大氣中，易受氣象環(huán)境的影響而發(fā)生故障。不法分子盜割塔基的現(xiàn)象比較猖獗，架空輸電線路存在著管理難度大的缺點。本文，筆者介紹了高壓輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)，分析了當(dāng)前高壓輸電線路在線監(jiān)測的困難，并提出相應(yīng)對策。

一、高壓輸電線路的故障原因分析

隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，電力供應(yīng)系統(tǒng)的線路保護措施能保證基本的高壓輸電線路的運行，但對于外力作用和電力設(shè)備本身原因?qū)е碌母邏狠旊娋€路故障則難以進行預(yù)測和控制，因此要對高壓輸電線路的運行故障進行有效分析，建立迅速的故障診斷和排除機制。造成高壓輸電線路故障的原因包括外力、人為和設(shè)備3方面，自然的外力作用占輸電線路故障的一半，通常以雷擊引起的線路故障為主。外力的作用對高壓輸電線路的損壞難以預(yù)防，只能通過提高線路本身的抗雷性質(zhì)實現(xiàn)。人為破壞高壓輸電線路的故障也較多，如施工操作不當(dāng)造成的斷線、短路和接地等線路故障，而輸電線路本身運行環(huán)境較差，易使輸電線路設(shè)備本身受到相應(yīng)的外力作用而損傷。

二、高壓輸電線路的故障類型

1. 單相接地故障。單相接地故障是高壓輸電線路運行過程中常見的故障類型，當(dāng)高壓輸電線路長期處于潮濕、雨水等惡劣環(huán)境中容易形成單相接地故障。在中性點非接地高壓系統(tǒng)中，單相接地故障發(fā)生后，出現(xiàn)故障的相電壓將變?yōu)?，而正常運行相電壓將升到線電壓水平，使電壓跨度大大增加，容易導(dǎo)致高壓輸電線路過電壓，相應(yīng)的電壓幅值長期超過設(shè)備的耐壓限度會造成設(shè)備燒毀。如果出現(xiàn)故障的設(shè)備和線路未得到及時的處理，在線路的高壓狀況下，將造成高壓線路溫度的急劇升高，從而造成整個輸電線路短路。

2. 輸電線路的短路故障。高壓輸電線路在運行過程中由于外力或是人為作用導(dǎo)致相應(yīng)線路設(shè)備外部導(dǎo)體跨接導(dǎo)線、高壓輸電線路的相間絕緣體被擊穿等現(xiàn)象將造成高壓輸電線路的短路故障。

3. 線路導(dǎo)線的斷路。高壓輸電線路的斷路故障指線路的導(dǎo)線發(fā)生斷裂而導(dǎo)致的供配電回路故障。在高壓線路的斷路點可能由于未出現(xiàn)明顯斷路點而產(chǎn)生間隙，從而產(chǎn)生巨大的電弧，致使高壓輸電線路運行時導(dǎo)線處溫度劇烈上升，甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)中的火災(zāi)或是爆炸事故的發(fā)生。由于三相供電的電動機可在缺相的情況下運行，若是三相電動機發(fā)生單相斷路故障時，電動機可能會由于在超過設(shè)備耐壓值的狀況下運行而燒毀。

三、高壓輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)介紹

當(dāng)今世界各國電力部門巡查高壓輸電線路故障、及時保障線路安全的尖端管理方法是直升機巡線。直升機巡線有利也有弊，利是便于及時到達故障地點，展開巡查工作，弊端是無法實時監(jiān)控高壓線路狀態(tài)，而且其費用也過于昂貴。退而求其次，選擇合適的在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測高壓輸電線路則符合我國國情。目前，我國國內(nèi)較為成熟的在線監(jiān)測系統(tǒng)有導(dǎo)地線微風(fēng)振動在線監(jiān)測系統(tǒng)、導(dǎo)地線及風(fēng)偏故障定位系統(tǒng)和動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)等。各監(jiān)備監(jiān)測的物理參量存在差異，有實時監(jiān)測導(dǎo)地線，有實時監(jiān)測絕緣子，也有實時監(jiān)測塔桿載重情況。如果物理參量數(shù)值超出閾值或其變化趨勢突然發(fā)生變異，監(jiān)測系統(tǒng)會及時發(fā)出預(yù)警信號，同時也會為技術(shù)人員提供及時的數(shù)據(jù)，便與實現(xiàn)技術(shù)人員對高壓輸電線路的精確化管理，及時應(yīng)對線路產(chǎn)生的各種故障。

高壓輸電線路在線監(jiān)測實現(xiàn)了技術(shù)人員對輸電線路的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)監(jiān)測。整個監(jiān)測需要考慮的變量是高壓輸電線路監(jiān)測的首要難題。例如，監(jiān)測高壓線路負(fù)重的意義是及時掌握線路桿塔的載重情況。若線路荷載超出桿塔最大承重，就會出現(xiàn)桿塔倒塌的險情。桿塔是支持線路的重要基礎(chǔ)設(shè)施，一旦倒塌后果極其嚴(yán)重?；[和風(fēng)偏等數(shù)據(jù)也可反映高壓輸電線路所受風(fēng)力的切向拉力，此拉力一旦超出桿塔最大承受力，也會發(fā)生倒塌現(xiàn)象。

四、 高壓輸電線路故障在線監(jiān)測中存在的問題

1. 在線監(jiān)測系統(tǒng)電源問題。高壓輸電線路的電壓是在500 kV以上。直接在高壓輸電線路上取電或通過降壓取電是不可取的，所以在線監(jiān)測系統(tǒng)通常采用太陽能結(jié)合鋰電池供電。但是鋰電池使用壽命有限，電力公司需要消耗大量的人力去更換舊電池。

2. 通信單元與費用問題。國內(nèi)遠距離通信技術(shù)多采用GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)。高壓輸電線路距離很長，其線路桿塔數(shù)量也眾多，如果每個監(jiān)測點都安裝通信單元，則會產(chǎn)生昂貴的通信費，若減少監(jiān)測單元則會削弱了監(jiān)測效果。

3. 在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝問題。技術(shù)人員在安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)的時候，必須停電安裝，以保證技術(shù)人員人身安全。但是高壓線路停電有可能會造成較大的損失。

4. 無法對雷擊電流進行定位。由于在線監(jiān)測系統(tǒng)電源電壓低，無法采集到雷電流信號，存在被雷電流擊穿的危險性。

五、在線監(jiān)測系統(tǒng)弊端的解決方法

在線監(jiān)測系統(tǒng)的電源問題、通信問題和雷電流信號采集問題是需要面對的主要問題。筆者認(rèn)為，在線監(jiān)測系統(tǒng)電源問題可以利用電流通過輸電線路產(chǎn)生的磁場能量來為在線系統(tǒng)供電。可利用雙CT結(jié)構(gòu)來收集雷電流信號。雙CT的作用是，一個CT作為取電，另一個CT可監(jiān)測雷電流，這樣就可以及時明確雷擊故障點。至于通信問題，可采用當(dāng)前最為時尚的通信技術(shù)——3G通信技術(shù)。3G技術(shù)通信較為穩(wěn)定，傳播距離遠，減少了通信單元的數(shù)量，降低了通信成本。

六、結(jié)論

筆者在本文主要分析了高壓輸電線路故障檢測方——在線監(jiān)測技術(shù)。在線監(jiān)測技術(shù)既有利又有弊，使用時要充分發(fā)揮其利，解決其弊，使高壓輸電線路正常運行得到最大化保障。高壓輸電線路故障會給電力用戶及各城市帶來巨大損失。保證高壓輸電線路正常運行，將電力運輸損耗降至最低，及時判斷并處理高壓輸電線路故障，是所有電力工作者要承擔(dān)的重任。