輸電線路運行故障的分析與防范

郝永康

（國網江蘇省電力有限公司 揚州供電分公司，江蘇 揚州 225009）

0 引 言

輸電線路是電力系統中電能輸送必不可少的關鍵性環節，起著決定性作用。輸電線路的整體安全正常穩定運行在一定程度上影響著部分輸電線路的運行狀況，部分線路的運行反過來又會對整體線路起著制約作用。因此，在輸電線路運行的過程中，任何一段線路如果出現了故障，都會直接影響整個電力系統的正常、順暢運行。因此探究輸電線路運行故障的防治措施就顯得的義不容辭，非常緊迫。

1 輸電線路故障的原因分析

1.1 雷擊故障的原因分析

雷電故障是指因雷擊線路造成的設備絕緣或絕緣子串閃斷。防雷是利用雷擊線路上的避雷線、避雷針或桿塔體，將雷電流進入地面。電閃是1種閃電通過避雷線并直接擊打在電線上所引起的閃絡故障。在雷電活動中，雷擊故障的發生具有一定的必然性，這是雷擊故障發生的周期性規律，廣泛分布于山區或丘陵盆地的地區。同時，由于雷電天氣具有一定的規律性，使得雷擊發生的概率增大。從地理環境上講，我國很多地方土壤的電阻率都很高，電線桿的電阻率也很高，容易出現短路。在我國部分山區，由于高海拔的山地條件，整體的電阻率增大，導致了雷擊率的提高。

1.2 覆冰事故原因分析

覆冰失效是指在絕緣子傘裙間結冰，使絕緣子外部絕緣等級下降，造成閃絡失效（也稱為冰閃）。如果覆冰超出了導地線和桿塔的設計力學荷載，會造成斷線、橫擔變形、倒桿等嚴重的事故。首先是倒立，倒立是由于在線路運行中，一旦有覆冰，它所承受的壓力要比它所能承受的最大壓力大得多。其次是輸電線的舞動，導體處于覆冰狀態時，由于重力作用，導線在一定程度上會發生變形。由于氣溫升高或人工震動，電線上的冰層脫落，金屬絲的彈性儲存會迅速轉化為電能，導致電線跳躍。需要指出的是，隨著覆冰數量的增大，線路的電弧垂度增大，拉力的變化也會隨之增大，而覆冰墜落時，其振動的幅度愈大，則會導致更多的失效[1]。

2 輸電線路運行故障的排除方法

2.1 風雨類故障排除技術

在輸電線路中遇到的最常見故障就是風雨類故障，因為線路長期處于外部環境，很容易遭受風雨天氣的侵襲，如果遇到風雨類故障，則很可能會導致碰線、斷線，嚴重危及人身安全和財產安全。因此，風雨類的事故一定要引起足夠的重視，加強對設備的檢查，考慮到維修的各種條件以及各種可能的原因。操作人員要嚴格按照規定來操作，不能按照自己的意愿去做，盡量降低外部環境對線路的影響。同時，對發生暴風雨型故障的輸電線路所在地區的天氣、地質環境等多個因素進行深入分析，找到相應的天氣變化規律，從而制定相應的預防對策。

另外，加強對塔架的防護以及塔基的穩定性，以避免雷暴天氣對塔身的不良影響。

2.2 覆冰故障的防范

在鋪設線路前，應先調查地質特征、水文、氣象條件，并根據近年來的氣象特征進一步分析輸電線路的特點，以避免出現結冰和覆冰的高發地區；在冬季，選用具有良好融冰性和優良品質的線路材料，加強對輸電線路的巡視，一旦發現結冰現象，應采取有效措施進行清除，以避免冰害蔓延。目前，輸電線路中采用的除冰方式主要有熱融冰法、機械破冰法等。在這些方法中，最常用的方法是利用短路電流、鐵磁線、潮流分布等原理進行融冰、除冰；而機械破冰法的主要特點是振動強烈，并能產生電磁場[2]。

在輸電線路的設計中，應考慮到當地的歷史條件，對線路可能覆冰的厚度及覆蓋范圍進行分析，以避免出現嚴重的結冰區，盡量將線路設在覆蓋程度不高的地區。對于重冰區的輸電線路，除了增加鐵塔的抗冰能力、增加護墩以外，還應在線路中部增設加固基礎桿塔，以避免多根連續桿塔的倒塌，造成更大的損失。

2.3 加強輸電線路日常維護

相關的電力部門不僅要做好輸電線路的施工，還要對輸電線路進行定期的檢修，確保電網的安全穩定，提高供電公司的社會形象。電力公司不僅要充分考慮自身的發展需要，還要制定相對完善的、具有針對性的標準和制度，以達到規范相關工作人員的行為，從而有效減少工作中的錯誤發生。此外，有關部門還需要制訂一套完整的輸電線路檢查計劃，定期檢查輸電線路，以便及時發現線路上的問題。同時，要加強對特種線路的巡視，做好巡視記錄，查找故障原因，為以后的運營和維修管理工作提供參考。

2.4 應用在線檢測技術

在電網運行中，采用在線監控技術進行輸電線路維護能有效解決實際問題。在輸電線路中，對輸電線路進行故障診斷、故障分析、評估，實時掌握線路設備的動態變化，實現輸電線路的動態管理。特別是在監督工作中，必須采取下列措施。首先，對輸電線路的運行狀況進行監控，包括覆冰程度、溫度變化、拉力和遠端視圖；其次，監控線路的塔桿狀況，如有無傾斜位移、有無過電壓、有無雷擊等。

2.5 加強輸電線路檢修和維修工作

首先，要加強對輸電線路的巡視，這是為了確保輸電線路的安全性和穩定性，所以電力公司要對輸電線路的設備和管道進行全面的監控，在惡劣的氣候條件下還要安裝先進的監控設備。其次，供電企業必須更新和優化輸電線路的設備，從而有效提高輸電線路的運行效率和運行質量。最后，電力企業要加大投資力度，及時更新輸電線路的設備，以有效改善其性能，并在監測工作中引入掌上電腦（Personal Digtal Assistant，PDA）等現代技術，使其與全球定位系統（Global Position System，GPS）相結合，以提高檢測工作的效率和質量[3]。

2.6 合理巡視是故障查找的重點

故障的排查最終還是要靠人力來解決，將故障數據、定性分析結果、現場情況和巡視重點等讓所有人都了如指掌。檢查的人必須到位，不能因為檢查不到位而錯過任何可疑的地方。在巡線過程中，除對線路自身的各個部分和主要的失效項目進行關注外，還要對周圍的環境進行監測。對發生故障的物體、可疑物品進行整理，并對其周邊環境進行詳細的記錄，以便進行事故分析。排除所有可疑點后，若在關鍵部位未找到問題點，則要加大巡查或全線巡查，或者進行內部交叉巡查。若仍未找到問題點，可適當組織重點桿段或全線登桿巡查。登桿檢查巡視因離得近，能發現桿塔附近不顯眼的異常或導線上方、絕緣子上表面等地面巡查盲區，對疑似有雷擊的情形，應增設避雷線懸掛金具、放電間隙及桿塔上部部件。

2.7 防雷擊跳閘對策

首先，在線路上設置避雷器、降低桿塔的接地電阻、選用不均衡的絕緣形式加強導線的絕緣強度、架設避雷線等措施，使輸電線路不會受到雷擊。其次，對架空輸電線路的地區，應充分綜合考慮地形地貌、雷電活動、土壤電阻率，統計和分析雷電的分布與強度，掌握雷電與線路的聯系，雷電與區域的聯系，強化輸電線路的監控。最后，根據不同地區的特征，制定不同地區的閃電分布特征，并提出相應的對策。

2.8 增加輸電線路的絕緣性

通常來說，輸電線路越長，鐵塔的位置越高，受到雷擊的概率越大，輸電線路的壓力也就越大。一旦出現對應的雷電狀況，就會增大電流強度，導致短路等故障。為了解決這個問題，可以采取增大鐵塔周圍絕緣體的數目來減少雷擊所造成的電流強度，從而提高輸電線路的防雷能力。舉例來說，懸置式的串聯復合絕緣金屬-氧化物半導體效應晶體管（Metal-Oxide-Semiconcluctor Field-Effect Transistor，MOSFET）（簡稱MOS）避雷器是可行的。通過這種裝置，當發生過電流時，避雷器就會啟動，這樣就能將電流的過電壓控制在一定的范圍之內。當閃電過電壓降低到一定的限度后，線路上的避雷器就會重新回到原來的工作狀態。這種避雷器在輸電線路上的應用不僅可以有效減少絕緣體的電壓，而且還可以減少線路的短路[4]。

3 人工智能監測系統的開發與應用

3.1 輸電線路在線監測

在人工智能的研究中，專家系統是非常關鍵的環節。對電網來說，建立1套實時監控專家系統是十分必要的，它主要是通過對采集到的數據進行分析，找出線路可能出現的故障和故障的根源，包括知識庫、數據庫、解釋機制、推理機制和人機界面5大模塊。監控系統采集數據的方法有遠程可視化、線路安全運行、避雷器等。將采集到的數據信息分為靜態數據庫和動態數據庫，在監控系統運行時，由遠程視頻監控模塊首先啟動，將現場的情況轉換為可視化的影像。該方法能較好地反映輸電線路的運行狀況，為輸電線路的早期故障提供了重要的依據。

3.2 數據信號的無線傳輸

隨著無線通信技術的發展，可以在更大的范圍內進行信號覆蓋，在電網傳輸線的檢測熱點位置設置傳感器，并通過無線通信網絡進行檢測。通過無線通信技術，將采集到的圖像和數據反饋給監測中心，實現了對線路運行溫度、舞動幅度、避雷器等實時數據的遠程傳送，并通過人工智能（Artifical Intelligence ，AI）技術建立1個集成的監測平臺，對線路的安全運行進行智能監測[5]。

3.3 遠程視頻監測

該系統包括客戶端監控軟件、圖像編輯器和流媒體服務器，其中數據采集、壓縮解碼、無線網絡數據傳送是關鍵技術。該系統能實時監測輸電線路周邊的環境，并能隨時了解輸電線路的運行狀況，加強對輸電線路的管理。圖像編碼器利用壓縮和編碼技術對采集到的數據進行處理，然后利用無線技術將處理后的數據傳送到流媒體服務器，由管理員登錄監控軟件進行解碼，即可獲得高品質的實時影像，并進行瀏覽、監控，最后利用 AI技術進行處理。

4 結 論

輸電線路的運行安全不僅與我國電力供應的經濟利益直接相關，而且對我國人民的生活、企業生產和社會發展也產生嚴重影響。輸電線路故障受其自身特性的影響，有必要通過將科學方法與跟蹤人員的辛勤工作相結合來有效地防止故障發生。為了防止輸電線路發生故障，需結合輸電線路的具體特點和實際情況，制定一系列合理的措施，以確保輸電線路的安全。