電力輸配電線路中故障排除技術(shù)研究

摘要：電力輸配線是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，它的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性，然而，輸電線路分布廣，所處環(huán)境復(fù)雜，受自然條件及人為因素影響，線路故障已成為電網(wǎng)運行面臨的主要問題之一。故障輕則停電，重則設(shè)備損壞，經(jīng)濟損失，甚至危及人身安全。因此，如何快速準確地排除輸電線路故障，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，已成為電力工作者迫切需要解決的重要課題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)輸配電線路故障排除故障類型

中圖分類號：TM75

ResearchonFaultTroubleshootingTechnologyinPowerTransmissionandDistributionLines

LIUChaoWANGHua

JinanChangqingDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’nan，ShandongProvince，250000China

Abstract：Powertransmissionanddistributionlinesareanindispensablepartofmodernpowersystems，andtheirstableoperationdirectlyaffectsthereliabilityofthepowersystem.However，transmissionanddistributionlinesarewidelydistributed，locatedincomplexenvironments，andaffectedbynaturalconditionsandhumanfactors，linefaultshavebecomeoneofthemainproblemsfacedbypowergridoperation.Faultscanrangefrompoweroutagestoequipmentdamage，economiclosses，andevenendangerpersonalsafety.Therefore，howtoquicklyandaccuratelyeliminatetransmissionlinefaultsandensurethesafe andstableoperationofthepowergridhasbecomeanimportantissuethatpowerworkersurgentlyneedtosolve.

KeyWords：Powersystem;Transmissionanddistributionlines;Troubleshooting；Faulttype

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，輸電線路故障檢修技術(shù)也有了長足的進步，現(xiàn)代排障技術(shù)已由傳統(tǒng)的人工巡檢、簡單測量向先進的監(jiān)控設(shè)備、智能算法等方向發(fā)展。不僅可提高故障處理的效率與精度，而且可以極大地降低停電時間，降低了經(jīng)濟損失。所以，探究電力輸配電線路中故障排除技術(shù)有著重要意義。

1電力輸配電線路的重要性

電力輸配線是電力系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，擔負著從發(fā)電廠向用戶端輸送電能的重任，電力輸配電線路的可靠與高效，對整個電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟運行有著重要的影響。一條高效的輸電線可以使輸電過程中的電能損失降到最低，從而提高電能利用率，減少能耗，減少環(huán)境污染。同時，對輸配電線路進行優(yōu)化設(shè)計與科學(xué)管理，能夠有效地提高電網(wǎng)抵御風(fēng)險的能力，保證供電的連續(xù)性與穩(wěn)定性[1]。輸配網(wǎng)布局與性能直接影響城鄉(xiāng)用電服務(wù)品質(zhì)，進而影響全社會生產(chǎn)效率與生活品質(zhì)，高效率的電力輸配系統(tǒng)是保障社會正常供電、保障各種基礎(chǔ)設(shè)施正常運行的重要手段。

2電力輸配電線路常見的故障類型

2.1短路故障

短路故障是由線路之間絕緣損壞或外力作用引起的非正常電流流動，短路故障主要表現(xiàn)為電流突增、線路過熱、設(shè)備損壞等。短路時，電流迅速增大至正常值數(shù)倍至數(shù)十倍，使保護裝置迅速動作，切斷電源，避免進一步損壞。短路故障不僅嚴重損害電力設(shè)備，而且可能引發(fā)火災(zāi)等重大安全事故。

2.2接地故障

接地故障是指在相線和接地之間形成異常電流通路，一般由線路絕緣損壞或設(shè)備故障造成，接地故障主要表現(xiàn)為接地電流的增加和接地電壓的增加。接地故障不僅會造成設(shè)備外殼帶電，危及人身安全，還可能導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)，影響電能質(zhì)量[2]。當發(fā)生接地故障時，保護裝置能及時發(fā)現(xiàn)異常情況，快速切斷故障線路，避免事故擴大、設(shè)備受損，相對于短路故障而言，接地故障的危害性要小得多，但由于其頻發(fā)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成了極大的威脅。

2.3斷線故障

斷線故障是指在輸電線路上，由于導(dǎo)線的斷裂或脫落而造成的電流中斷，斷線故障主要表現(xiàn)為電壓驟降和負荷供電中斷等，由于自然因素（如大風(fēng)、冰雪等）、機械損壞或線路老化等原因，導(dǎo)致線路的斷線。斷線故障將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動，造成大范圍停電，嚴重影響用電戶的正常用電，同時，線路斷裂也會引發(fā)電弧，引發(fā)火災(zāi)等二次災(zāi)害。

2.4過載故障

過載故障是指線路電流超出設(shè)計值而引起設(shè)備與導(dǎo)線過熱的一種現(xiàn)象，過載故障主要表現(xiàn)為導(dǎo)線溫升高、絕緣加速老化、設(shè)備損壞等，過載故障一般由負荷增大，電流分布不均勻或線路設(shè)計不合理引起，長時間過負荷運行不僅會縮短設(shè)備壽命，還有可能造成絕緣損傷，引發(fā)短路、接地等故障。

3電力輸配電線路中故障排除技術(shù)應(yīng)用

3.1故障定位技術(shù)

故障定位技術(shù)在電力輸配電線路中的應(yīng)用具有重要意義，對故障點進行準確、快速的定位，可提高檢修效率，縮短停電時間，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。故障指示器是一種安裝于輸電線路上，能對線路進行實時監(jiān)測的裝置，當線路出現(xiàn)故障時，故障顯示器將以指示燈或無線信號通知維護人員故障所在。以某城市電網(wǎng)220kV輸電線路為例，對其進行故障監(jiān)測，當一次線路發(fā)生接地故障時，故障顯示器上的指示燈立即亮起，表明故障地點距變電所12km[3]。維修人員可根據(jù)這些信息迅速趕往事故現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)是一棵倒下的大樹造成了線路的短路，由于故障指示及時，整個檢修過程只花了1h，停電時間大為縮短。故障測距技術(shù)是通過測量線路中的電壓、電流、阻抗等電參數(shù)來確定故障點。常用的測距方法有兩種，一種是阻抗測距，另一種是波反射測距。例如：一條長約50km的高壓輸電線發(fā)生短路故障，根據(jù)故障測距原理，采用波反射測距法對故障點進行測量，可得到距變電站35km左右的故障點。在實際檢修過程中，檢修人員找到了離變電站34.8km遠的一處由絕緣子破裂引起的短路故障，故障測距機的測量誤差在20m以內(nèi)，并且具有很高的精度。另外，熱像探測是一種利用紅外熱像對線路各部分進行溫度分布監(jiān)測的技術(shù)，例如：某電力企業(yè)對500kV線路進行例行巡視，利用紅外熱像儀檢測到線路某一區(qū)段出現(xiàn)異常升溫現(xiàn)象，最高溫升高達85℃，而正常情況下該線路溫度低于60℃，維修人員據(jù)此判斷，該部位有可能出現(xiàn)絕緣破損或連接松動的情況。通過對該線路的詳細檢查，發(fā)現(xiàn)該線路的一個連接點因長時間運行而接觸不良，從而引起了局部過熱，所以利用紅外熱成像技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)和排除了隱患，避免了重大事故的發(fā)生。

3.2在線監(jiān)測技術(shù)

在線監(jiān)測技術(shù)是一種先進的故障預(yù)警與診斷方法，可有效提高輸電線路運行的可靠性與安全性。絕緣在線監(jiān)測是一種通過監(jiān)測絕緣電阻變化來預(yù)測絕緣損傷程度的方法，絕緣電阻是電纜絕緣性能的一個重要指標，對其進行實時監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)其老化和損壞狀況。例如：高壓輸電線的正常絕緣電阻應(yīng)該維持在1000MΩ以上，當在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)絕緣電阻低于500MΩ時，可能是絕緣層發(fā)生故障，應(yīng)立即檢修，而絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)通常采用電橋法或直流法來采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，供操作人員進行分析與決策[4]。張力在線監(jiān)測系統(tǒng)能實時監(jiān)控導(dǎo)線、地線張力，防止因張力異常而造成斷線故障，導(dǎo)線、地線的張力對線路的安全運行起著至關(guān)重要的作用，特別是在惡劣天氣條件下，其張力的變化更為明顯。在導(dǎo)線、地線上安裝張力傳感器，可實時采集導(dǎo)線、地線的張力數(shù)據(jù)。另外，通過對線路及設(shè)備溫度的在線監(jiān)測，可以有效地防止因過熱而引起的故障。溫度是電力設(shè)備運行狀態(tài)的一個重要參數(shù)，過高會使設(shè)備絕緣老化、接觸不良、嚴重時會引起火災(zāi)，該系統(tǒng)采用溫度傳感器對線路及設(shè)備進行實時溫度測量。

3.3巡檢機器人

電力輸電線巡檢機器人的應(yīng)用，提高了故障診斷的效率與精度，在高壓輸電線路、復(fù)雜地形地區(qū)，傳統(tǒng)的人工巡檢方式耗時耗力，且存在較大的安全隱患，巡檢機器人，尤其是空中巡檢機器人，為實現(xiàn)高效率、高安全性和智能化提供了新的途徑。在高壓輸電線路巡檢中，無人機的應(yīng)用日益廣泛，無人機可搭載高清晰度攝像機、紅外熱像儀和激光雷達等多種傳感設(shè)備，可在短時間內(nèi)完成大量線路巡視。無人駕駛無人機可在數(shù)公里長的高壓輸電線上空飛行，并利用高清攝像機實時傳輸圖像，將線路出現(xiàn)的故障及隱患及時反饋給地面指揮中心，配合紅外熱成像技術(shù)可對線路熱點進行探測，激光雷達可對線路進行三維建模，使工程技術(shù)人員能更準確地判斷故障的位置及性質(zhì)[5]。例如：DJIMatrice300RTK無人機，其最大飛行時間是55min，最高飛行速度是23m/s，最高飛行高度是5000m，其搭載的ZenmuseH20T多光譜攝像機可實現(xiàn)紅外熱像儀640×512像素、可見光20倍光學(xué)變焦、高精度測距等功能。而地面巡檢機器人，更適合在復(fù)雜地形、高風(fēng)險地區(qū)進行巡檢，這類機器人一般具有較強的越障能力、自主導(dǎo)航能力，可以在無人值守的條件下進行長期巡視，地面巡檢機器人能夠在輸電線的底部行走，實現(xiàn)對輸電線路的近距離巡視，配備高清晰度攝像機及各種傳感器，可實現(xiàn)對線路、塔體及地面的精細觀測與數(shù)據(jù)采集。地面巡檢機器人在復(fù)雜地形如山地、森林等環(huán)境下能夠發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。

3.4自動化保護系統(tǒng)

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，采用自動保護裝置可以有效地提高輸配電線路的安全可靠運行，對故障進行快速識別、定位和隔離，避免故障擴大，縮短停電時間，保證供電連續(xù)穩(wěn)定。繼電保護裝置主要安裝于變電站及輸電線路上，是自動保護系統(tǒng)的重要組成部分，繼電保護裝置對電力系統(tǒng)中的電流、電壓和頻率等參數(shù)進行實時監(jiān)控，并與設(shè)置的保護定值進行比較，當檢測到諸如短路、過電流、過電壓等異常情況時，可以快速地下達命令，切斷故障區(qū)域的電源，避免故障進一步擴大，針對110kV線路，提出了一種新的保護方式，即距離保護，差動保護，過流保護。距離保護裝置根據(jù)故障點與保護裝置之間的電氣距離來判斷故障位置，設(shè)置阻抗可調(diào)節(jié)保護范圍及靈敏度，例如：對110kV線路而言，為了保證故障發(fā)生時能及時切斷電源，可設(shè)置距離保護的阻抗為線路阻抗的80%～90%，差動保護裝置是根據(jù)保護范圍內(nèi)的電流差進行判斷的，適用于重要設(shè)備如變壓器和母線的保護[6]。在電力系統(tǒng)中，很多故障都是瞬間發(fā)生的，如短時接地故障和雷擊等，此時快速恢復(fù)供電可大大縮短停電時間。當出現(xiàn)故障時，自動重合閘裝置首先切斷電源，故障解除后，自動重合閘動作，恢復(fù)供電，以35kV配電網(wǎng)為例，其重合閘時間一般在0.3～0.5s，重合次數(shù)一般在1～3次之間。例如：在雷雨天氣，35kV配線因雷擊而發(fā)生瞬間短路故障，當檢測到故障時，線路自動重合閘裝置快速切斷電源，0.4s后進行首次重合閘操作，因故障已經(jīng)消失，重合閘成功，線路恢復(fù)供電，停電時間只有0.4s，極大地降低了用戶停電感受。

3.5故障斷點識別

在電力輸配電線路中，及時發(fā)現(xiàn)故障并精確定位是保證供電安全、穩(wěn)定的關(guān)鍵，快速準確地定位故障點，縮短故障處理時間，提高供電可靠性，是電力系統(tǒng)維修的關(guān)鍵技術(shù)。脈沖反射法是一種常用的故障斷點識別方法，其基本原理是將高電壓脈沖信號發(fā)送到故障線路上，通過測量信號間的時間差來判斷故障點的位置。該方法首先利用高壓脈沖發(fā)生器將高壓脈沖送到故障線路上，使線路在到達故障點后產(chǎn)生回波；此外，利用高頻取樣裝置，記錄回波的時差，再結(jié)合線路的傳播速度，推算出故障點的位置。

4結(jié)語

電力輸配線路故障排除技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，不僅能提高電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性，而且能極大地降低停電時間，降低經(jīng)濟損失。電力企業(yè)利用先進的檢測設(shè)備及智能監(jiān)測系統(tǒng)，可快速查找故障點，采取相應(yīng)措施，保障供電安全。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的深入融合，實現(xiàn)更高精度、更高效率的故障排除，為電力工業(yè)智能化、現(xiàn)代化建設(shè)提供有力支撐。

參考文獻

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