高壓輸電線路故障在線監測技術

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測技術

河南電力公司平頂山供電公司 孫君錄

隨著我國經濟社會的不斷發展，電力市場化不斷推進，電力用戶對電能的穩定性、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出電能的電壓，再由斷路器等相關控制設備接入輸電線路，實現電力運輸。輸電線路根據不同的結構形式，可分為架空輸電線路和地下線路。架空輸電線路是建設在地面以上的，主要組成部分有線路桿塔、導線和絕緣子等。地下線路是鋪設在地下部分（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，易受氣象環境的影響而發生故障。不法分子盜割塔基的現象比較猖獗，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測技術，分析了當前高壓輸電線路在線監測的困難，并提出相應對策。

一、高壓輸電線路的故障原因分析

隨著計算機技術、電子技術以及通信技術的不斷發展和進步，電力供應系統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備本身原因導致的高壓輸電線路故障則難以進行預測和控制，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防，只能通過提高線路本身的抗雷性質實現。人為破壞高壓輸電線路的故障也較多，如施工操作不當造成的斷線、短路和接地等線路故障，而輸電線路本身運行環境較差，易使輸電線路設備本身受到相應的外力作用而損傷。

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，當高壓輸電線路長期處于潮濕、雨水等惡劣環境中容易形成單相接地故障。在中性點非接地高壓系統中，單相接地故障發生后，出現故障的相電壓將變為0，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，容易導致高壓輸電線路過電壓，相應的電壓幅值長期超過設備的耐壓限度會造成設備燒毀。如果出現故障的設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致相應線路設備外部導體跨接導線、高壓輸電線路的相間絕緣體被擊穿等現象將造成高壓輸電線路的短路故障。

3. 線路導線的斷路。高壓輸電線路的斷路故障指線路的導線發生斷裂而導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明顯斷路點而產生間隙，從而產生巨大的電弧，致使高壓輸電線路運行時導線處溫度劇烈上升，甚至會引起電力系統中的火災或是爆炸事故的發生。由于三相供電的電動機可在缺相的情況下運行，若是三相電動機發生單相斷路故障時，電動機可能會由于在超過設備耐壓值的狀況下運行而燒毀。

三、高壓輸電線路在線監測技術介紹

當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，弊端是無法實時監控高壓線路狀態，而且其費用也過于昂貴。退而求其次，選擇合適的在線監測系統監測高壓輸電線路則符合我國國情。目前，我國國內較為成熟的在線監測系統有導地線微風振動在線監測系統、導地線及風偏故障定位系統和動態增容在線監測系統等。各監備監測的物理參量存在差異，有實時監測導地線，有實時監測絕緣子，也有實時監測塔桿載重情況。如果物理參量數值超出閾值或其變化趨勢突然發生變異，監測系統會及時發出預警信號，同時也會為技術人員提供及時的數據，便與實現技術人員對高壓輸電線路的精確化管理，及時應對線路產生的各種故障。

高壓輸電線路在線監測實現了技術人員對輸電線路的實時監控與數據監測。整個監測需要考慮的變量是高壓輸電線路監測的首要難題。例如，監測高壓線路負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，就會出現桿塔倒塌的險情。桿塔是支持線路的重要基礎設施，一旦倒塌后果極其嚴重。弧擺和風偏等數據也可反映高壓輸電線路所受風力的切向拉力，此拉力一旦超出桿塔最大承受力，也會發生倒塌現象。

四、 高壓輸電線路故障在線監測中存在的問題

1. 在線監測系統電源問題。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，所以在線監測系統通常采用太陽能結合鋰電池供電。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。國內遠距離通信技術多采用GPRS或3G網絡。高壓輸電線路距離很長，其線路桿塔數量也眾多，如果每個監測點都安裝通信單元，則會產生昂貴的通信費，若減少監測單元則會削弱了監測效果。

3. 在線監測系統安裝問題。技術人員在安裝在線監測系統的時候，必須停電安裝，以保證技術人員人身安全。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。由于在線監測系統電源電壓低，無法采集到雷電流信號，存在被雷電流擊穿的危險性。

五、在線監測系統弊端的解決方法

在線監測系統的電源問題、通信問題和雷電流信號采集問題是需要面對的主要問題。筆者認為，在線監測系統電源問題可以利用電流通過輸電線路產生的磁場能量來為在線系統供電。可利用雙CT結構來收集雷電流信號。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，可采用當前最為時尚的通信技術——3G通信技術。3G技術通信較為穩定，傳播距離遠，減少了通信單元的數量，降低了通信成本。

六、結論

筆者在本文主要分析了高壓輸電線路故障檢測方——在線監測技術。在線監測技術既有利又有弊，使用時要充分發揮其利，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的重任。