高壓輸電線路視頻檢測及故障診斷方法分析

廣東建能電力工程有限公司 李瑋榮

1 引言

一般情況下，高壓輸電線常設置在偏遠地區，隨著線路使用時間的延長，線路會面臨絕緣老化等問題。掌握輸電線路的實際作用，了解線路運行中的故障問題，分析故障是否會對電力系統造成不良影響，以此采用故障診斷方法，降低故障發生概率，盡可能地提高線路使用壽命。

2 高壓輸電線路常見故障種類

當前，高壓輸電線路的故障問題主要有以下幾種：一是雷擊故障。該故障情況下常會存在絕緣子導線放電的問題，因絕緣子具有隔離功能，當導線上存在主放電點的時候，此時鋼帽會出現被充電，一旦瓷絕緣子遇到數量不足的問題，在雷擊下，一部分鋼帽被擊破，因此發生線路停電問題，給整個區域用電帶來不利影響。二是風偏故障。該故障通常會出現在明顯區域，因大風的因素，線路時常運行在故障率較高的狀態下，導線產生偏轉與位移等問題。三是鳥害故障。該故障比較突出，鳥類在高壓線路中棲息，糞便會造成閃絡事故，所以線路運維人員會在清晨查看線路是否存在鳥害故障問題，以便及時清理。四是自然故障。高壓輸電線的運行常會受到外界自然環境的影響，特別是溫度變化給線路造成的干擾，冬季氣溫較低，線路表面覆蓋積雪，甚至積雪成冰，由于線路和地面之間的距離逐漸縮小，此時線路容易產生放電事故或線路跳閘問題。

3 高壓輸電線路視頻檢測分析

系統結構如圖1所示。系統可對高壓輸電線路運動軌跡加以檢測，經過圖像識別分析采用特征提取算法進行線路檢測。采用智能視頻節約人力支出，減輕人員工作壓力，對線路危險區域進行報警，為電力設備維修奠定基礎。為防止受到外界環境的干擾，所以有必要加強對檢測技術創新。

圖1 高壓輸電線路智能視頻監控系統結構

充分發揮智能視頻監控系統對線路的實時監測作用，了解線路的運動軌跡，掌握線路電流、電壓變化動態，及時發現線路故障問題，對雷擊故障、風偏故障、鳥害故障以及自然故障做出分類，將監測到的圖像與數據識別分析，采用特征提取算法做好桿塔斷線監測分析，及時發現線路整體覆冰情況，找出當前線路在工作中是否存在著絕緣子閃絡的問題。采用智能視頻監控技術，降低人力支出，提高現有資源利用效率，視頻監控系統在遇到故障問題，或者線路危險的情況時可第一時間發出預警，提升電力設備檢修能力。但由于野外自然環境復雜，線路長期處于外界工作環境，有時系統可能會受到信號干擾的影響而產生誤報，或者雨雪天氣變化影響監測結果準確性。面對這一情況，有必要加強對檢測技術的算法優化。

了解線路覆冰情況，采用視頻檢測方式，依靠自適應算法進行覆冰情況的異常報警，線路覆冰灰度值會有一部分與255相近，可根據實際情況提取覆冰范圍，計算灰度值時設置覆冰計算門限值，取值在130左右，相應計算公式為：

上述公式中，Pi是指視頻圖像內像素點的灰度值；w 是指視頻圖像寬；h 是指視頻圖像高；n 是指總像素點數。隨后，計算視頻圖像平均灰度值和255的平均灰度值，具體計算公式為：

分離帶有干擾像素的覆冰線路，計算覆冰線路連通域，統計（Gminaverage，Gaverage）與（Gmaxaverage，255）區間內的總像素點Ng，設置覆冰報警啟動值，Ngmin是指預報警的啟動值，Ngmax是指報警啟動值，均以SL即未覆冰高壓線路為基準來設定的。如果Ng＜Ngmin，說明視頻監測中該高壓輸電線路的覆冰可能性比較低，系統不會因此發出報警信號；相反，如果Ng＞Ngmin，說明當前監測線路會有覆冰情況的可能，還需進行下一階段的運算分析，將Ng和Ngmax對比分析，如果Ng＜Ngmax，說明線路覆冰的可能性偏低，此時覆冰量比較小，或者受光照干擾因素的影響，導致圖像灰度值偏高，系統因此發出預警信號；相反，如果Ng＞Ngmax，說明線路存在較大可能的覆冰問題，系統會直接發出報警信號。

針對高壓輸電線路桿塔傾斜故障問題，采用視頻檢測技術，搭建桿塔傾斜在線監測系統，該系統綜合利用MEMS 傳感器技術和無線通信技術，對線路運行周圍的雪災、山體滑坡、泥石流等事故多發區、煤礦采空區進行在線視頻檢測，旨在加強對不良地質區域的桿塔故障檢測，實施雙向傾斜角度的監測分析。如果高壓輸電線路的桿塔傾斜角度超出了系統預定的閾值，此時系統將會通過GPRS 與5G 網絡將故障信息發送給監控中心，提醒相關負責人及時采取相應處理措施。整個在線視頻故障監測系統主要采取了太陽能電池板與蓄電池相結合的供電方式，不僅安裝方便，且運營維護人員可以及時掌握當前線路桿塔的實時工作情況，實現對線路桿塔的傾斜監測。系統采用雙軸MEMS 傳感器，通信方式靈活，防水金屬外殼可適應不同氣候環境，動態電源的低功耗設計方式可滿足系統節電要求。系統后臺軟件具有數據存儲、歷史數據查詢、曲線圖繪制等功能，可對桿塔狀態進行趨勢分析[1]。

4 高壓輸電線路故障診斷方法

了解線路故障問題，采用有效診斷方法。一是依據設備區域進行故障桿號區段的有效預測，由于不同線路所在區域是存在差別的，如夏季雷雨氣候較多，線路更容易發生故障，要求工作人員加強對桿塔處的故障檢查與治理，盡可能地降低故障隱患。

二是依據設備缺陷臺賬進行桿號的區段故障檢測。高壓輸電線路需要長時間處于高負荷高強度的工作狀態，且外界環境容易對線路運行造成干擾影響，為了保障線路安全，應做好交跨區域的安全檢測，以便及時排除故障問題，避免任何安全隱患的產生。

三是加強對接地故障的檢測分析，一旦接地故障電流加大，且故障所持續時間逐漸延長，這時線路重合閘的成功率將會縮小，故障檢測人員應掌握當前高壓輸電線路的跳閘保護情況，采集相關信息判斷區域內是否存在接地故障，記錄線路運行狀態，了解變電站工作期間是否有問題出現。

5 高壓輸電線路故障的預防措施

5.1 線路防雷設計

為保障線路運行安全，做好線路的防雷設計，需在地勢較為平緩的區域安裝避雷設施，降低累計給線路運行帶來的危害影響，最大限度保障線路運行穩定。

對于直擊雷，應采用以下避雷設施安裝措施：一是安裝帶有間隙的避雷器，提升高壓輸電線路實際耐雷水平，盡可能減少線路中的絕緣子閃絡情況，建議在線路的終極桿塔處搭設間隙避雷器，保障桿塔在受到雷擊事故災害時不會遇到任何閃絡問題。二是對于存在頻發雷擊事故的桿塔位置，建議安裝避雷針，首選圓鋼或者焊接鋼管材料的避雷針，再按照相應技術標準，加強對避雷針長度與直徑等參數的有效控制。三是科學安裝接地保護間隙，在導線絕緣子處相隔一定區域安裝接地保護間隙。四是在容易受到雷擊事故災害的桿塔加設絕緣子串片數，盡可能降低雷擊跳閘率。五是設置避雷線，減少避雷線保護角，降低不必要的成本支出，以此合理控制施工造價成本。

對于感應雷，建議安裝避雷設施，比如氧化鋅材質的避雷器，科學抑制過電壓給線路帶來的危害，最大限度保護線路運行安全，再通過安裝耦合地線，降低感應雷過電壓。面對絕緣線雷擊事故情況，進行視頻檢測故障診斷之后可架設架空避雷線，或者安裝氧化鋅避雷器與過電壓保護器，提高線路耐雷水平，限制雷電過電壓。

5.2 線路風偏故障防范措施

解決風偏放電故障問題。高壓線路運行有時會處于風力強度較大的地區，建議工作人員加強線路固定工作，減少線路檔距，增大電氣間隙，優化輸電線路建設地點，選址時盡可能選擇背風位置，降低風偏故障概率，保障線路傳輸質量。對高壓輸電線路加裝重錘與防風拉線。與此同時，為了更好地解決線路懸垂串風偏閃絡故障問題，采用加裝防風拉線的方式，將其安裝在直線桿塔的位置，通過中相引流的辦法，確保拉線防盜與接地裝置的相同步，規避線路上的安全隱患問題。

5.3 高壓輸電線路絕緣設計

做好線路的有效劃分，根據周圍地質情況調整線路參數，優化線路絕緣設計，并將同一范圍之內的參數統一，優化高壓輸電線路的絕緣設計方案。采用同區域絕緣設計和不同區域絕緣設計兩種線路劃分方法，提高線路絕緣水平。高壓輸電線路徑一般比較短，對線路路徑的選擇更加容易，高壓電纜設計隱蔽，通常會被道路或草坪覆蓋，但設計成本較高，且線路在運行期間常會遇到絕緣故障問題，因此有必要加強對線路的絕緣優化設計。

采用架空線的方式，將高壓輸電線纜和變電站有效連接，同時使用避雷設備限制聲波幅度，或在線路周圍做好保護設置，借助導線高幅值在入侵期間形成的沖擊電暈，控制入侵波幅度。根據導線自身形成的聲波，限制避雷器產生的沖擊電流值，防止雷雨天氣下雷電對電纜設備產生破壞性影響。

依靠視頻檢測與故障分析方法，確定高壓輸電線路的絕緣參數，這是判斷線路絕緣性能的重要參考依據，同時也是實現線路絕緣設計的關鍵，依靠視頻檢測技術確定高壓輸電線路方向和長度之后，再根據線路經過區域的環境和變化規律，實現絕緣設計，針對不同線路采取不同絕緣參數，強化線路絕緣性能。伴隨著輸電線路周圍用戶用電量的增加，高壓輸電線路在運行期間常會遇到超電壓的問題，此時電氣兩側電壓增加，一旦電氣間隙距離比較小，此時線路運行將會出現電流擊穿的事故問題。除此之外，線路電壓如果突然增加，此時電氣間隙將無法產生預期效應，這一情況下應加強對線路的絕緣配置，通過對各項參數的分析，確保電氣間隙合理性。

5.4 線路發熱與弧光電路故障防治

加強對線路發熱故障和弧光短路故障的有效防治，線路敷設期間應了解線路負荷情況，合理選擇導向種類，計算截面積，定期進行線路故障檢查，采用視頻監測系統測量導線的發熱情況，一年內至少要進行兩次測量，以便及時發現故障問題。圖2為視頻智能監測系統架構圖。

圖2 智能視頻分析系統架構

針對高壓輸電線路在監測過程中遇到的弧光短路故障問題，需要根據線路實際情況采取合理的故障防治措施，以提高線路運行質量為基礎，導線上不能有任何破損的情況，查看導線之間是否有斷裂的情況，避免導線交叉。如果線路使用的是鋁導線材料，應著重檢查導線的腐蝕情況，要求導線截面的破損范圍必須控制在7%以下。采用相同材質的導線完成損壞位置的纏繞處理，再對導線的松弛度做出積極調整，最大限度維護高壓輸電線路的安全。

針對高壓輸電線路閃絡燒傷故障，應提前查看導線的損壞情況以及完成情況，及時調整已經出現松弛的導線，縮短檔距之后避免導線發生不必要的振動。

總而言之，高壓輸電線路運行與電網運行密切相關，有必要根據線路運行的故障類型，采取視頻檢測方法做好故障問題的有效監測。利用智能視頻監控系統，針對線路雷擊和風偏等故障問題加以防范，從而保證線路安全運行，盡可能地維護電網穩定。