基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除技術

李曉清，李志博，路瑤，施祝平，弓建軍

（國網河北省電力有限公司邯鄲供電分公司，河北邯鄲 056035）

眾所周知，我國的區(qū)域電網應用的高壓輸電線路具有錯綜復雜、種類繁多、輸電距離過長等特點，而一旦線路產生故障，如果不能精確地提供故障所處位置，那么尋線人員的工作效率將會大幅度的降低且影響他人財產安全的可能性會提高。因此，如何在線路發(fā)送故障時迅速地對區(qū)域電網高壓輸電線路發(fā)生故障后的故障位置進行勘測是該文需要研究的重要課題[1-2]。

隨著我國建設領域的高速發(fā)展，我國的公路建設也迅速提高了發(fā)展進程，省道、國道、高速公路之間彼此縱橫交錯，促進了國民經濟的發(fā)展[3-4]。同樣，建設領域的進步也為電力輸送等事項提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的輸電線路的結構建設和維修普遍都采取了腳手架搭架與終端運輸?shù)姆绞剑@種方式不但效率低下，還存在著成本過高的問題，而該文應用的移動式跨越架就是在這種形勢下產生的新產品。

綜上所述，該文基于移動跨越架研究了一種新的輸電線路運行故障快速排除技術，通過提取故障特征，分析故障信息，實現(xiàn)故障快速排除。

1 基于移動跨越架的輸電線路運行故障特征提取

作業(yè)裝置往往以強度與剛性為前提，通過不斷改良來使結構變得更加簡單，布置更加合理。作業(yè)裝置主要的安裝位置在汽車的底盤上，它機動靈活，在作業(yè)時需要實現(xiàn)橫跨四車道，即作業(yè)裝置全伸時跨度達到18 m，作業(yè)裝置距地高度達到6 m，因為只有滿足上述跨度與高度要求才能不影響道路車輛的正常行駛[5-6]。移動跨越架作業(yè)裝置如圖1 所示。

圖1 移動跨越架作業(yè)裝置

為了實現(xiàn)一跨線纜施工的需要，作業(yè)裝置在工作時的橫向展開寬度需要達到8 m，同時其承載力需要能夠應對2 t 的瞬間沖擊載荷，只有這樣才能保證施工安全。作業(yè)裝置的操縱要方便、齊全、可靠，這能夠有效防止誤操作和潛在不安全因素的出現(xiàn)，另外，還需要強調結構合理，保證作業(yè)裝置結構件的強度、穩(wěn)定性、可靠性，在滿足變形條件下，應用輕量化設計理念，合理地進行液壓控制系統(tǒng)設計，保證控制系統(tǒng)的可靠性[7-8]。

在應用移動跨越架的線路監(jiān)測技術對運行故障進行監(jiān)測時，需要將輸電線路的相關數(shù)據(jù)進行合并，然后通過相關計算法對數(shù)據(jù)的合并結果進行篩選，得到輸電線路的可能故障特征因子，并對這些可能故障特征因子進行提取，提取的流程如圖2 所示。

圖2 故障因子提取流程

根據(jù)圖2 可知，具體提取過程如下：

在輸電線路發(fā)生故障時，移動跨越架可以先對輸電線的故障出現(xiàn)區(qū)域進行局部鎖定，該局部區(qū)域的鎖定取決于輸電線路相關數(shù)據(jù)的合并結果所產生的波動性。在通過移動跨越架對輸電線路進行檢測時，輸電線路相關數(shù)據(jù)的合并結果所產生的波動性結果往往是趨于穩(wěn)定狀態(tài)的，因此，只有在輸電線路出現(xiàn)故障時，合并結果的波動性才會發(fā)生改變，而移動跨越架則會根據(jù)其波動性進行篩選并提取相對應的故障特征因子[9-10]。

1）當應用移動跨越架對輸電線路的合并結果進行檢測發(fā)現(xiàn)其波動性為橫向波時，說明此時輸電線路發(fā)生故障的可能原因與電氣量有關，輸電線路的電氣量主要包括電壓、電流、功率三大部分，其中與電壓相關的波動性范圍為100～500 Hz，與電流相關的波動性為500～1 000 Hz，與功率相關的波動性為1 000～5 000 Hz[11-12]。

2）當應用移動跨越架對輸電線路的合并結果進行檢測發(fā)現(xiàn)其波動性為縱向波時，說明此時輸電線路發(fā)生故障的可能原因與開關量有關，輸電線路的開關量主要包括與線路關聯(lián)的斷路器、阻斷輸電線路開關等，因此當輸電線路的開關量發(fā)生故障時，往往與斷路器現(xiàn)狀與阻斷輸電線路開關狀態(tài)有關，而在這兩種狀態(tài)下所產生的縱向波也存在著一定的差異性。

綜上所述，該文在應用移動跨越架技術對輸電線路運行故障特征提取時，首先需要應用移動跨越架來對輸電線路的合并結果所產生的波動性進行檢測，若為橫向波，則說明此時的輸電線路運行故障出現(xiàn)的局部范圍在電氣量中，在確定好局部提取范圍后，即可通過其橫向波動性來提取相關的故障特征，若檢測為縱向波動形式，便可從開關量進行入手，根據(jù)縱向波的差異性來提取相應的故障特征，方便接下來的排除操作。

2 基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除

為了達到作業(yè)裝置距地高度6 m，移動跨越架采用上下兩層折疊式臂架結構，下層臂架為單節(jié)臂架，上層臂架采用四節(jié)順序伸縮的臂架，上層臂架全伸時跨度達到18 m；為滿足臂架結構強度、穩(wěn)定性的要求，臂架截面采用四邊形截面；為能夠承載2 t 的瞬間沖擊載荷，上層伸縮臂架尾部通過下臂、轉臺、副車架等結構與底盤連接，伸縮臂架頭部通過可伸縮的支撐臂架支承于地面，同時臂架材料選用BS700高強度材質，充分保證臂架能夠承受2 t 的瞬間沖擊載荷。上層伸縮臂是整個作業(yè)裝置中最重要的受力部件，在方案設計階段采用理論計算來確定伸縮臂能否滿足強度及穩(wěn)定性的要求[13-14]。

根據(jù)提取出的故障特征，在該過程中，所應用的移動跨越架涉及到了一個新的技術為主機和從機之間的相互配合技術，其中該文獲取的網絡矩陣圖是從機經過特征提取計算獲得的，而高級網絡矩陣圖則是主機在接收到從機的網絡矩陣圖后經過深度計算獲得的，二者之間通過大量的節(jié)點（S）與分支線（L）進行連接，保證二者之間的相互配合，觀察圖3可知，具體操作步驟如下：

圖3 基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除

1）定位計算Agent。根據(jù)故障線路所產生的波動性來判別有故障發(fā)生的輸電線路的故障類型以及精確的故障位置。

2）波形分析Agent。通過對波動性的分析來確定出現(xiàn)的輸電線路運行故障與電氣量和開關量之間的關系。

3）參數(shù)測試Agent。在確定好輸電線路運行故障與電氣量和開關量之間的關系后，需要分別觀測橫向波動的頻率參數(shù)和縱向波差異性參數(shù)來進一步確定輸電線路的具體運行故障原因。

4）向量圖分析Agent。在確定好輸電線路的具體運行故障原因后，需要通過從機的網絡矩陣和主機的高級網絡矩陣來繪制相對應的向量圖并對其進行分析。

5）虛擬保護Agent。根據(jù)向量圖的分析結果來虛擬重現(xiàn)輸電線路出現(xiàn)運行故障的具體過程，并嘗試采取不同的解決方案來解決這些運行故障問題。

6）安全分析Agent。對有針對性的解決方案進行安全評估，可作為相應解決方案的先決條件之一。

7）輔助決策Agent。若在上述安全分析中發(fā)現(xiàn)解決方案具有唯一性和不可避免的危險性產生，則需要提出相對應的輔助決策來保證解決方案的正常實施。

8）案例分析Agent。對當前案例與歷史案例進行總結與分析，增強以后針對該案例的應急性與保障性[15-16]。

由于文中所應用的移動跨越架主從機技術仍處于開發(fā)階段，因此在應用該技術對輸電線路運行故障進行排除時需要考慮到二者之間的連接與處理問題，文中根據(jù)該類技術特性總結出了可能出現(xiàn)的問題：當分支線（L）發(fā)生短路故障以后，主從機的采樣監(jiān)測Agent 可能也會有故障發(fā)生，針對該類情況需要啟動協(xié)調監(jiān)測Agent 來喚醒檢測Agent，保證主從機的短期正常運行與工作，然后再派相關維修人員來進行分支線的故障維修。基于Agent 的故障維修結構如圖4 所示。

圖4 基于Agent的故障維修結構圖

當分支線（L）發(fā)生短路故障以后，主從機采樣檢測Agent 的部分Agent 排除結構可能會出現(xiàn)暫停工作的現(xiàn)象，而一旦采樣檢測Agent 的部分Agent 排除結構暫停工作時間過長，則有可能造成采樣檢測Agent的整體運行癱瘓，因此文中在設計協(xié)調監(jiān)測Agent 的同時還設置了相對應的備用監(jiān)測Agent，該Agent 與采樣監(jiān)測Agent 相比，雖然結構相對簡單，但是在分支線（L）發(fā)生短路故障以后仍可以保證采樣監(jiān)測Agent 正常工作一段時間，同時也為維修爭取了更加充分的時間。

3 實驗研究

為了驗證文中提出的基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除技術的有效性，與傳統(tǒng)技術進行實驗對比。

設定實驗參數(shù)，如表1 所示。

表1 實驗參數(shù)

根據(jù)上述實驗參數(shù)，選用文中提出的基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除技術、傳統(tǒng)的基于Agent 輸電線路運行故障快速排除技術、基于信息分析的輸電線路運行故障快速排除技術進行實驗對比。

得到的監(jiān)控時延實驗結果如圖5 所示。

圖5 監(jiān)控時延實驗結果

根據(jù)上圖可知，文中提出的基于移動跨越架的輸電線路運行故障快速排除技術能夠在短時間內實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，監(jiān)控耗時短、監(jiān)控時延低。

故障快速排除準確率實驗結果如圖6 所示。

圖6 故障快速排除準確率實驗結果

由圖6 可知，文中方法的故障快速排除準確率高于傳統(tǒng)方法，由于文中方法具有很強的現(xiàn)場采集能力，能夠快速采集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)特征，根據(jù)波形圖特點，提高快速排除準確率。

4 結束語

文中提出的新的輸電線路運行故障快速排除技術與傳統(tǒng)的快速排除技術相比，監(jiān)控時間較短，速度較快，故障遠程監(jiān)控誤差率較低，該技術的提出為解決當前運行故障診斷提供了一種有效的解決方案，具有實際應用價值，并且其發(fā)展空間巨大，在多個領域有著不斷發(fā)展的潛力。