輸電線路智能化運行維護技術研究

國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司 段晨陽 任顯銘 陳柯寧

結合國家能源局公布的相關數據：2022年我國全社會用電量多達8.6372萬億kWh，同比增長3.6%，且累計發電裝機容量為25.6億kW，6000kW以上電廠發電設備利用小時數3687h，為滿足用電需求，新增220kV及以上輸電線路3.8967萬km，致使輸電線路運行維護工作負擔日漸繁重，為妥善處理輸電線路運行問題，理應從智能化運維方向加強新技術的應用推廣，優化用電服務體驗。本文以某公司為例，對輸電線路智能化運行維護技術進行研究。

1 某公司輸電線路運行維護內容

1.1 巡視與檢測

輸電線路作為電力系統平穩運行的基礎保障，理應積極開展運行維護工作，其重點內容包括巡視和檢測，前者可細分為定期巡視、故障巡視、特殊巡視、監察性巡視，且巡視人員宜在新建線路投運1年時間里按照1次/月的標準按時巡視，而后調整為1次/2個月，以絕緣子（串順線路方向傾角應＞7.5°或＞300mm）、線路金具（調整板、銷釘、線夾完整無破損）、桿塔（未變形、無裂紋等）等為巡視主體；故障巡視則重點檢查輸電線路是否在運行中存在倒塔、污閃、冰害等不良故障。

特殊巡視是指針對雷擊區、山火區、風害區等特殊地區予以巡檢；監察性巡視則要求運維人員以2次/年逐條線路或逐區進行檢測。后者是對輸電線路運行狀態展開巡檢，包括評估桿塔銹蝕情況、基礎沉降量、防雷設施連接安全性等，多以設備隱患和設備狀態評估和線路安全評價作為工作重心。

1.2 維修與防范

維修和防范也是輸電線路運行維護常見內容，即針對上述檢測到的故障問題進行修復處理，并滿足既定維修標準。例如，緊固桿塔螺栓時，應每年至少緊固一次，且冰區輸電線路六年緊固兩次左右，絕緣子每1年或每3年清掃一次等。至于輸電線路防范工作具體以火災預防、外力破壞防范為主。只有深度落實上述運維內容，才能進一步優化輸電線路運行狀態，為減輕當下運維人員工作壓力，可以考慮以智能化運維技術明晰運維創新思路，善于依靠智能技術改良輸電線路運維條件。

2 某公司輸電線路智能化運行維護技術作用

促進安全運行。輸電線路智能化運維技術的有效應用，實則為了進一步促進輸電線路的安全運行，所以要求所運用的新技術務必滿足安全性標準。魯杰等人[1]提出在輸電線路運維工作中采用無人機巡檢技術，與傳統人工巡檢方式比較，既能預防運維人員遇險，又能使巡檢效率提升600%甚至是1000%，表明智能化運維技術可有效為運維人員創造安全環境，并且有增效價值。對此，智能化運維技術的應用選擇務必為輸電線路的安全運行和人員安全作業給予可靠助力。

滿足電力建設。智能化運維技術還能滿足電力建設實際需求，包括提出明確的輸電線路建設路徑、匯總輸電線路運行信息等，便于電力工程在該技術導向下全方位把控工況，既能提高工程資源利用率，又能助力電力工程高質量建設。

貼合結構特征。智能化運維技術的應用，能有效提高實際建設成果與輸電線路結構特征的貼合度。以特高壓輸電線路為例，具備500kV的導線應力強度和20m以上的桿塔排列間距，且多設于新疆等高海拔區域，面對如此復雜的運行環境，智能化運維技術剛好可以彌補人工運維方法的缺陷。

綜上所述，輸電線路智能化運維技術確實具備突出作用，可充分滿足智能化運維發展方向，應從高新技術中優選智能技術助力運維人員完成智能化運維轉型任務，提升輸電線路運維有效性。

3 輸電線路智能化運行維護技術要點

3.1 無人機巡檢技術

輸電線路運維工作中應用智能化運維技術時，普遍采用無人機巡檢技術，依靠無人機巡檢系統代替運維人員開展運維作業。正如承德電網早在2019年就開始應用無人機巡檢系統采集巡檢數據，且無人機巡檢作業路段長度已達到2000km，其中80%以上已實現智能化運維管理。在應用無人機巡檢技術時，承德電網往日已先后采集數萬張運維缺陷影像。通過從該實際運用成果中汲取應用經驗，在輸電線路智能化運維作業環節，還應當嚴格控制安全距離，這一點也是為了滿足安全運維基礎要求（見表1）。

表1 無人機巡檢系統結構組成情況

以220kV輸電線路為例，為驗證無人機巡檢系統運行中所用無人機裝置距離輸電線路距離的安全水平，應當利用仿真分析法建立輸電線路仿真模型，以89.5kV、800A作為仿真模型導線電力參數標準，預計輸電線路（33.6mm直徑，碳纖維材質）上相、中相以及下相導線相距地面分別為63.7m、52.5m、42m，且電導率設置為100S/m，真空磁導率1。此時，在線路安裝后保持0電位，并對仿真模型分別按照不同安全距離進行飛行，觀察在無人機巡檢距離（r）變化中，其表面電場強度變化規律，隨即以下述公式計算磁感應強度（B），選擇該數據較小的距離作為安全距離，其仿真分析結果見表2。

表2 無人機裝置與輸電線路不同間距下表面磁感強度變化情況

由于電場強度低于10kV/m，易減弱桿塔等相關配件性能，因此在選擇外側上方進行巡檢作業時，從中得知在無人機裝置與輸電線路保持4.5m間距時，即可維護運維安全，且不會干擾輸電線路配件性能，并且需要注意的是，B高于200μT方能引發不良風險，因此應根據輸電線路實際電流、電壓具體數值判定最適宜的安全距離，促使無人機巡檢系統為運維工作給予可靠指引：，式中：μ0、I、d（l）、xr、r分別表示的是真空磁導率、電流、磁力線方向、差積、無人機與輸電線路間距。

3.2 帶電作業檢測技術

3.2.1 帶電作業優化技術

除了可以安裝無人機巡檢系統使用無人機裝置完成運維任務外，還可實現帶電作業。輸電線路運維工作中應用帶電作業技術實現智能化運維操作，其中在帶電作業環節，應當先行從電容參數層面提出改進建議，以期提高帶電作業智能化水平。

具體可以根據導體靜電系統儲存總靜電能量（W）變化結果掌握帶電作業中導體電荷分布規律：，其中：E、D、dV、ui、qi表示的是電場強度矢量、電通密度、積分最小單元、第i個導體對地電壓及所帶電荷。經過研究發現隨著電位轉移距離的逐漸增加，此時轉移電流也隨之升高，與原有三導體系統比較，進行電容改進后的四導體系統顯然轉移電流量更高，因而應用帶電作業檢測技術時，應當加強轉移電流綜合分析，特別是特高壓輸電線路，務必注重電容參數的優化調節，做好帶電作業防護工作[2]。

3.2.2 帶電作業巡檢機器人

關于巡檢機器人的使用，主要是在傳統人工吊裝上下線之上依靠行走臂架、上升卷線等傳動機構體現自動化運行特征。在機器人帶電作業條件下，能夠朝著輸電線路運維工作路徑，按照既定方向實施自動化運行維護，繼而在等電位原理下完成指定工作計劃，此時要求巡檢機器人與導體保持緊密連接。

為驗證巡檢機器人在帶電作業場景中的應用可行性，同樣需要依靠仿真分析法構建輸電線路仿真模型，在模擬電場強度時，可在等效電荷法指引下以下列公式布置電荷矩陣：U=ηρ，式中：U、η、ρ各自代表輸電線路上導線電壓、電荷密度列矩陣、等效電位系數、自電位系數與互電位系數方陣。同時，也要在高斯定理下推算出輸電線路電場強度分布規律，假設位于i導線位置上的某一坐標點P（xi，yi），其合成電場強度（Ep）即可以公式求值：Ep=（Epx2+Epy2）1/2。

此時，可從中判定巡檢機器人在爬升環節所處電場環境，并且按照500ms采集巡檢機器人攜帶傳感器偏航角等相關數據時，還要加強巡檢機器人抗電磁保護，即使用坡莫合金材質的電控箱以及24V，10Ah的鋰電池，此時可在該結構下降低巡檢機器人的電磁干擾性。選用巡檢機器人進行帶電作業時，還要保證各配件機構參數的合理配置。比如，可以選用150W功率，6A額定電流，24V額定電壓的MaxonRE40行走輪；100W，6.03A，24V的MaxonEC22行走臂收放機構，同時要求在60℃以下溫度環境下運行該機器人。配備的編碼器等元件，也要盡量選擇增量式編碼器，此時即可優化巡檢機器人運維工作成效。

為獲取全方位運維影像，巡檢機器人上也要配備攝像機，多以45±5mA工作電流，≥50dB的信噪比和-40℃至105℃溫度標準的SONY800攝像機為首選，確保在巡檢機器人輔助下運維人員能高效完成帶電作業檢修任務。

3.3 故障智能檢測技術

輸電線路智能化運維工作還可應用故障智能檢測技術，實則是指借助故障檢測設備對輸電線路周圍環境參數予以實時監測，包括環境、風速等，均可從智能檢測設備反饋結果中知曉當下輸電線路運行狀態，一旦存在缺陷或安全隱患，可及時安排人員予以修復，便于提升輸電線路運行質量，提高運維資源利用效率。

一般情況下，故障智能檢測技術可應用于區外故障和區內故障兩個范圍，做好故障分區劃分后，即可結合輸電線路電壓指標波動狀況判斷是否存在故障問題，多需要先行啟動元件，因輸電線路遇到故障后將快速呈現“高速降壓”現象，因此若采樣前后時間點對應的電壓值超出閾值標準，則認定當前輸電線路有故障，此時可對智能檢測設備中元件故障進行分類[3]。

如若行波電流彎曲度偏小，且具備等效彈性行波反應，則為區內故障，泛指為區外故障。此技術實際應用環節往往能夠構建智能化閉環檢測體系，即按照采集數據→判斷啟動元件是否合乎條件→滿足條件后計算行波電流及彈性系數→區分故障類型（|E|），在|E|≥1時視為區內故障，反之為區外故障，若為區外故障則繼續采集數據重新評估相關參數：，式中：|E|、I’f1、I’f2、I’f分別代表彈性系數、兩個部分行波電流平均值和行波電流。以此為標準即可判斷故障類型。

待應用故障智能檢測技術區分好故障類型后，隨即實現邏輯信號的準確傳遞，致使故障智能檢測環節所用斷路器等配件，能順利根據實際檢測結果做出反應，執行斷開動作后可以促使輸電線路在智能檢測過程中得到有效保護，之后組織相關人員前往現場，針對標記好故障點位信息的輸電線路故障部分予以處理，確保輸電線路在上述多項智能化運維技術輔助下得到可靠且持久性安全保障。

綜上所述，輸電線路運行維護多涵蓋巡視、檢測、維修、防范工作內容，而運用智能化運行維護技術，實則為了促進輸電線路安全運行，滿足電力工程建設需求，充分貼合電網結構特征，因而應有效利用無人機巡檢技術、帶電作業檢測技術、故障智能檢測技術改善輸電線路運維條件，致使在智能化運維環境下增強運維實效性，為電力運維人員提供新方向，致使輸電線路始終保有優良狀態。