輸電系統故障檢測與在線監測技術的研究

張錦銳，申娟平，啟東林，馬汝超，黃翼峰

（文山供電局，云南 文山 663000）

輸電系統通常由輸電導線、地線、鐵塔、電桿、絕緣子等組成，輸電系統組成部件相對簡單，零部件數量卻比較繁多，如果輸電系統出現意外或者其他危害事故，那么供電質量和供電效果都會深受影響，隨著危害時長和作用深度的持續擴大，周圍電力系統也會遭到不同程度的損傷，長此以往，電力輸送的穩定性和健康程度都會大幅下降。隨著社會經濟和生產力的提高，輸電系統覆蓋面逐漸增大，受環境氣候的影響，輸電線路表面污垢和塵土越來越厚重，由鳥類棲息引起的污閃現象也日漸上升，此外，某些區域的環境氣候不但會對輸電線造成嚴重損害，還會加大其維護管理的難度。在風力較大的區域，遠距離輸電線路仍會發生抖動和斷裂等情況，最終對輸電安全產生不利影響。

為了徹底解決這一問題，有關部門需要對其進行在線監測操作，提高輸電系統故障診斷水平和維護質量，保證輸電系統健康、可持續發展。合理使用在線監測技術不會影響機器設備正常運轉，同時可以利用某些傳感裝置對輸電情況進行有效監測，避免輸電線路發生損壞或者其他危險性事故，及時發現輸電線路存在的問題，并把潛在風險和隱患清除干凈，減小輸電線路故障所產生的影響或者危害，保證輸電系統的平穩健康運轉。

1 輸電線路在線監測技術概述

1.1 在線監測技術概述

在線監測技術主要作用在輸電系統和有關設備中，它能對設備運行狀態和實際參數進行實時監測，并且對有關數據進行準確記錄，然后把數據信息傳達給接收平臺，由接受裝置對數據信息展開有效分析，進而實現輸電設備和輸電線路的檢測管理目標，在線監測技術對實現輸電線路穩定運行目標起到了明顯的支撐效用。

1.2 在線監測和狀態監測的聯系

目前，很多電力行業工作者把“在線監測”和“狀態監測”混為一談，錯誤地把這兩種監測方式當成一回事，其實二者是存在很大差別的。在線監測技術能夠獲取輸電設備和輸電線路的運行情況，在線監測技術工作期間不會影響正常輸電操作，在線監測技術獲取的設備信息和相關參數為狀態監測提供了有力保障。狀態監測包括在線監測、離線檢測等多種方式，它的主要監測對象是輸電設備整體運行情況，通過了解和分析設備各項參數，判斷輸電系統是否存在弊端或者缺陷，然后對故障發生的位置展開預防或者修復操作，狀態監測技術具有明確目標和可靠范圍。所以，輸電設備監測管控能歸結為有針對性的檢測維修。目前，輸電線路的故障診斷還不能完全依靠在線監測技術來完成，這是因為在線診斷技術不夠完善或者具體，并且需要大量數據信息做保障，在實際作用期間，需要對數據信息展開有效分析，并且還要了解設備故障處理關系和檢測邏輯，盡可能增強在線監測技術的靈活性和準確程度；技術升級過程比較漫長，在線監測技術的靈敏度、穩定性等都比較重要。

1.3 在線監測系統的結構

在線監測系統由多個零部件組成，其中包括數據信息收集傳遞和分析系統。監測裝置一般安裝在輸電設備內部，它能收集輸電設備運行轉動的各項參數，同時了解周圍環境與氣候溫度，然后把數據信息轉變成電信號傳遞給輸電系統。數據傳輸裝置需要在網絡環境中發揮作用，借助網絡通道把各項數據信息傳達給控制中心，然后通過計算和分析獲取電力輸送運行情況，如果控制中心計算方式足夠先進科學，那么數據信息能夠用來預測和分析可能遇到的風險隱患，為輸電系統平穩健康運轉奠定深厚的基礎。

1.4 在線監測與故障診斷的必要價值

傳統輸電線路檢修有著固定方法和有效策略，國家提出了一種定期維修檢測的管理方法，這種方法需要對整個輸電系統的各條線路提出了嚴格檢驗。

人工檢驗輸電系統運行情況和轉動質量，對城市線路而言不是什么難事，但在比較偏僻的高速公路和山區地帶，輸電系統需要跨越漫長的平原或者盆地，高速公路電力輸送一般都要經過很長一段距離，而且還會穿越森林、荒漠等復雜地帶，這就加大了維修檢測人員的工作量和任務難度，一旦發生故障，會對電力傳輸造成深遠影響，長時間的線路檢查也會耗費很多精力，很容易造成局部電力供應停滯問題。隨著社會經濟的快速發展，電力需求呈現出與日俱增的態勢，輸電系統分布的區域也越來越寬廣，與此同時，需要用到的機器設備也明顯增多，這對輸電系統管理維修產生了很大影響，傳統檢測維修手段不能起到設備管理和修復作用，這也使得在線監測與故障診斷技術獲得快速發展。

通常情況下，輸電系統和輸電線路都存在故障堆積情況，輸電系統故障不是一朝一夕所產生的。由于受到周圍環境的影響，輸電設備會產生一些物理、化學等微小變化，與此同時，輸電設備很多元件也會慢慢損壞。在這個過程中，在線監測技術與故障診斷技術能夠發揮協調配合作用，通過收集的數據信息判斷輸電系統健康與否，在大量數據信息的支持保障下，輸電系統故障檢測更加準確可靠，電力搶修的過程和難度明顯縮減。

2 在線監測與故障診斷技術

2.1 導線舞動及風向監測

高速公路一般修建在比較偏僻的位置和區域中，隧道等公共設施也是如此，為了滿足遠距離、高難度送電需求，塔桿之間的距離會被控制到最大區間，而且通過的地區也會有很強的風力，比如，山頂塔桿很容易受到風力影響產生搖擺晃動情況，與此同時，導線也會受到風力的影響和作用，最終出現導線抖動或者斷裂情況，隨著導線抖動程度的增加，電力輸送也會陷入癱瘓，這不僅會導致金具磨損嚴重，還會造成塔桿坍塌、導線斷裂、跳閘等問題發生，給輸電線路帶來巨大的經濟損失，更有甚者，會引發周圍區域連鎖反應，嚴重影響人民群眾的生產生活和用電需求。

針對比較常見的輸送故障，輸電線路在線監測主要通過以下途徑發揮效用：一是對導線絕緣子風偏角度等重要信息進行精確測量，并對周圍環境進行有效監測，防止由于風偏引起導線跳動，同時能夠根據風偏參數設置合適的絕緣子規格，降低導線跳動的可能性；二是了解輸電系統所處位置和干擾情況，重點關注導線外部附著物分布情況，如果導線抖動頻率和幅度超出既定標準，那么工作人員需要及時進行檢查或者維修操作。

2.2 絕緣子污垢監測

輸電系統發生故障的原因有很多，其中絕緣子污垢厚重就是主要根源之一。如果輸電線路通過森林、沙漠等地區，那么在風力影響下，輸電線路污垢沉積就會表現的十分嚴重，當表層附著物增加到一定程度后，絕緣子的功能效用就會明顯縮水，在低壓情況下，絕緣子閃絡情況就會時有發生。在輸電系統運行風險和安全事故中，絕緣子污閃占據很大一部分比例，絕緣子污垢沉積產生的影響要比雷擊高出很多。

輸電系統運用在線監測技術對絕緣子進行監測管理主要通過以下方式來實現，分別是接觸式監測和非接觸式監測，如激光、紅外線、超聲波等都是非接觸式監測，這種監測方法成本較高，容易受到綜合因素的干擾與影響，數據信息準確度也會大打折扣。在絕緣子污垢監測當中，常用的測試方法有等值鹽密法和最大漏電流法。通過對數據信息的收集與探查同時結合環境溫度、濕度等各項參數，可以對絕緣子污垢進行深入了解和有效分析，提高對輸電系統故障診斷的可信程度。

2.3 導線弧垂的監控

導線弧垂值偏大或偏小，都會引起輸電線路的短接情況發生。在比較惡劣的自然環境中，導線下垂極易引起輸電線路短路問題發生。輸電線弧垂較小時，會受到較大的應力作用，當溫度較低時，其柔韌性也會大幅下降，進而引發斷路器失效問題產生。如果導線弧垂比較大，導線與地面距離也比較接近，在穿越居民區時，很容易發生放電情況，給周邊居民和輸電系統帶來不利影響；同時，強風也會使線路交叉盤繞。在實際應用中，受到溫度、風力等多種因素的干擾，很容易發生導線弧垂變化情況。

當導線弧垂增加時，其傾角也會發生相應變化，因此，在線監測技術重點關注導線變化情況，利用角度傳感器來獲取設備系統變化信息，進而得出導線偏移和弧垂強度。為了深入了解輸電系統運行情況，有關部門需要獲取輸電系統各項參數，例如，輸電系統周圍氣候環境和分布狀況等，然后把收集的數據信息與導線弧垂值結合起來，通過計算和分析獲得輸電系統運行情況，了解輸電系統是否存在斷裂和破損情況，準確判斷輸電系統故障發生的位置或者區間，為輸電系統健康運行鋪平道路。

2.4 輸電線路溫度監測

輸電線路溫度是重要的評價指標，輸電線路溫度關系到系統運行的穩定性和安全程度。目前，各種溫度測量技術都比較發達，由于輸電線路都是架設在戶外，所以會受到氣候環境的干擾或者影響，比如，北方氣候寒冷，南方則相對炎熱，所以要對不同地區的溫度條件進行準確測量，然后選擇合適的測溫手段，提高數據信息采集準確性。溫度測量手段主要分為兩種：（1）接觸式測溫，它是根據熱量傳遞原則獲取物體溫度信息的，在檢測過程中，只要把傳感器和物體相接觸，傳感器會對被測導線的溫度進行監測與記錄，并將其傳送到數據處置中心，進而實現對導線溫度的有效監測，這種方案準確度較高，技術手段也比較成熟，常見的方法有熱敏電阻測溫等；（2）不接觸測溫手段，它能根據熱量輻射獲取物體溫度信息，不需要與被測對象直接接觸，其原理與紅外溫槍十分相似，這種監測方法適用范圍比較局限，容易受到氣候環境的干擾或者影響，不利于大面積推廣和普及。

3 提升故障檢測能力

3.1 提高輸電線路的穩定性

高速公路與隧道行駛車輛比較多，對輸電系統的要求也高出很多，一旦發生斷電事故，會引發嚴重的事故危害。為此，輸電系統故障檢測需要注重以下幾方面的問題。（1）在保護過程中，可以將進線分為兩個階段，第一階段要考慮最小延遲，而穿入線路要設計為光纖差動保護，增強迅速斷開的可能性，并在此基礎上增加一個閉合開關，保證其他區域正常供電。（2）在電源轉換方面，可以采用兩個電源工作方式，當發生故障時，立即轉換到其他備用電源。（3）在通訊層面，為了實現大面積控制目標，必須將通道內的 DTU 連接起來，也就是人工控制跳閘時，要通過光纖以太網環交換器完成遠距離通訊目標。

要實現上述要求，最主要的是在線監測技術的引進和融入，減少輸電線路遇到的延遲現象。值得注意的是，監測數據過多傳感器消耗量也會增大，成本費用也會明顯上升。比如，在一些風力比較小的地區，就沒有必要監測風速。

在線監測的目的是收集與輸電系統運行轉動有關的數據信息，當數據信息出現異常時，就會及時發出警報，找出故障發生的具體位置，并對該區域輸電系統進行檢查或修復，防止輸電危害進一步擴大。比如，在隧道和高速收費站等偏僻位置提前獲取故障信息，做好備用電源切換工作，維護隧道照明系統正常運轉。

3.2 智能算法

目前，輸電系統故障診斷和檢測工作是有關部門不得不考慮的問題，輸電系統在運行轉動過程中很容易受到周圍環境的影響。在這種條件下，加強在線監測技術的使用和融入具有很強的經濟價值，其中，神經網絡算法功能效用比較明顯，可以準確獲取物體狀態信息和變化規律，大幅提高輸電系統故障診斷能力。

4 結語

綜上所述，輸電系統運行維護是保證社會穩步發展的基礎和前提所在。由于各地氣候環境存在很大差異，所以在線監測技術的引進與融入要仔細考量，確保數據信息收集、處置和輸電系統故障診斷都能準確無誤。與此同時，借助在線監測技術能夠獲取更多有價值的信息，方便輸電系統風險預防工作有序開展，徹底提高輸電系統的運行質量和檢測水平。