電力輸配電線路中故障排除技術研究

摘要：電力輸配線是現代電力系統中不可或缺的一環，它的穩定運行直接關系到電力系統的可靠性，然而，輸電線路分布廣，所處環境復雜，受自然條件及人為因素影響，線路故障已成為電網運行面臨的主要問題之一。故障輕則停電，重則設備損壞，經濟損失，甚至危及人身安全。因此，如何快速準確地排除輸電線路故障，保證電網安全穩定運行，已成為電力工作者迫切需要解決的重要課題。

關鍵詞：電力系統輸配電線路故障排除故障類型

中圖分類號：TM75

ResearchonFaultTroubleshootingTechnologyinPowerTransmissionandDistributionLines

LIUChaoWANGHua

JinanChangqingDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’nan，ShandongProvince，250000China

Abstract：Powertransmissionanddistributionlinesareanindispensablepartofmodernpowersystems，andtheirstableoperationdirectlyaffectsthereliabilityofthepowersystem.However，transmissionanddistributionlinesarewidelydistributed，locatedincomplexenvironments，andaffectedbynaturalconditionsandhumanfactors，linefaultshavebecomeoneofthemainproblemsfacedbypowergridoperation.Faultscanrangefrompoweroutagestoequipmentdamage，economiclosses，andevenendangerpersonalsafety.Therefore，howtoquicklyandaccuratelyeliminatetransmissionlinefaultsandensurethesafe andstableoperationofthepowergridhasbecomeanimportantissuethatpowerworkersurgentlyneedtosolve.

KeyWords：Powersystem;Transmissionanddistributionlines;Troubleshooting；Faulttype

近年來，隨著科學技術的迅速發展，輸電線路故障檢修技術也有了長足的進步，現代排障技術已由傳統的人工巡檢、簡單測量向先進的監控設備、智能算法等方向發展。不僅可提高故障處理的效率與精度，而且可以極大地降低停電時間，降低了經濟損失。所以，探究電力輸配電線路中故障排除技術有著重要意義。

1電力輸配電線路的重要性

電力輸配線是電力系統中最重要的一環，擔負著從發電廠向用戶端輸送電能的重任，電力輸配電線路的可靠與高效，對整個電網的穩定與經濟運行有著重要的影響。一條高效的輸電線可以使輸電過程中的電能損失降到最低，從而提高電能利用率，減少能耗，減少環境污染。同時，對輸配電線路進行優化設計與科學管理，能夠有效地提高電網抵御風險的能力，保證供電的連續性與穩定性[1]。輸配網布局與性能直接影響城鄉用電服務品質，進而影響全社會生產效率與生活品質，高效率的電力輸配系統是保障社會正常供電、保障各種基礎設施正常運行的重要手段。

2電力輸配電線路常見的故障類型

2.1短路故障

短路故障是由線路之間絕緣損壞或外力作用引起的非正常電流流動，短路故障主要表現為電流突增、線路過熱、設備損壞等。短路時，電流迅速增大至正常值數倍至數十倍，使保護裝置迅速動作，切斷電源，避免進一步損壞。短路故障不僅嚴重損害電力設備，而且可能引發火災等重大安全事故。

2.2接地故障

接地故障是指在相線和接地之間形成異常電流通路，一般由線路絕緣損壞或設備故障造成，接地故障主要表現為接地電流的增加和接地電壓的增加。接地故障不僅會造成設備外殼帶電，危及人身安全，還可能導致電網失穩，影響電能質量[2]。當發生接地故障時，保護裝置能及時發現異常情況，快速切斷故障線路，避免事故擴大、設備受損，相對于短路故障而言，接地故障的危害性要小得多，但由于其頻發，對電網的穩定運行造成了極大的威脅。

2.3斷線故障

斷線故障是指在輸電線路上，由于導線的斷裂或脫落而造成的電流中斷，斷線故障主要表現為電壓驟降和負荷供電中斷等，由于自然因素（如大風、冰雪等）、機械損壞或線路老化等原因，導致線路的斷線。斷線故障將導致電網電壓波動，造成大范圍停電，嚴重影響用電戶的正常用電，同時，線路斷裂也會引發電弧，引發火災等二次災害。

2.4過載故障

過載故障是指線路電流超出設計值而引起設備與導線過熱的一種現象，過載故障主要表現為導線溫升高、絕緣加速老化、設備損壞等，過載故障一般由負荷增大，電流分布不均勻或線路設計不合理引起，長時間過負荷運行不僅會縮短設備壽命，還有可能造成絕緣損傷，引發短路、接地等故障。

3電力輸配電線路中故障排除技術應用

3.1故障定位技術

故障定位技術在電力輸配電線路中的應用具有重要意義，對故障點進行準確、快速的定位，可提高檢修效率，縮短停電時間，保證電網的穩定運行。故障指示器是一種安裝于輸電線路上，能對線路進行實時監測的裝置，當線路出現故障時，故障顯示器將以指示燈或無線信號通知維護人員故障所在。以某城市電網220kV輸電線路為例，對其進行故障監測，當一次線路發生接地故障時，故障顯示器上的指示燈立即亮起，表明故障地點距變電所12km[3]。維修人員可根據這些信息迅速趕往事故現場，發現是一棵倒下的大樹造成了線路的短路，由于故障指示及時，整個檢修過程只花了1h，停電時間大為縮短。故障測距技術是通過測量線路中的電壓、電流、阻抗等電參數來確定故障點。常用的測距方法有兩種，一種是阻抗測距，另一種是波反射測距。例如：一條長約50km的高壓輸電線發生短路故障，根據故障測距原理，采用波反射測距法對故障點進行測量，可得到距變電站35km左右的故障點。在實際檢修過程中，檢修人員找到了離變電站34.8km遠的一處由絕緣子破裂引起的短路故障，故障測距機的測量誤差在20m以內，并且具有很高的精度。另外，熱像探測是一種利用紅外熱像對線路各部分進行溫度分布監測的技術，例如：某電力企業對500kV線路進行例行巡視，利用紅外熱像儀檢測到線路某一區段出現異常升溫現象，最高溫升高達85℃，而正常情況下該線路溫度低于60℃，維修人員據此判斷，該部位有可能出現絕緣破損或連接松動的情況。通過對該線路的詳細檢查，發現該線路的一個連接點因長時間運行而接觸不良，從而引起了局部過熱，所以利用紅外熱成像技術，及時發現和排除了隱患，避免了重大事故的發生。

3.2在線監測技術

在線監測技術是一種先進的故障預警與診斷方法，可有效提高輸電線路運行的可靠性與安全性。絕緣在線監測是一種通過監測絕緣電阻變化來預測絕緣損傷程度的方法，絕緣電阻是電纜絕緣性能的一個重要指標，對其進行實時監測可以及時發現其老化和損壞狀況。例如：高壓輸電線的正常絕緣電阻應該維持在1000MΩ以上，當在線監測系統發現絕緣電阻低于500MΩ時，可能是絕緣層發生故障，應立即檢修，而絕緣在線監測系統通常采用電橋法或直流法來采集數據，然后將數據傳送到監控中心，供操作人員進行分析與決策[4]。張力在線監測系統能實時監控導線、地線張力，防止因張力異常而造成斷線故障，導線、地線的張力對線路的安全運行起著至關重要的作用，特別是在惡劣天氣條件下，其張力的變化更為明顯。在導線、地線上安裝張力傳感器，可實時采集導線、地線的張力數據。另外，通過對線路及設備溫度的在線監測，可以有效地防止因過熱而引起的故障。溫度是電力設備運行狀態的一個重要參數，過高會使設備絕緣老化、接觸不良、嚴重時會引起火災，該系統采用溫度傳感器對線路及設備進行實時溫度測量。

3.3巡檢機器人

電力輸電線巡檢機器人的應用，提高了故障診斷的效率與精度，在高壓輸電線路、復雜地形地區，傳統的人工巡檢方式耗時耗力，且存在較大的安全隱患，巡檢機器人，尤其是空中巡檢機器人，為實現高效率、高安全性和智能化提供了新的途徑。在高壓輸電線路巡檢中，無人機的應用日益廣泛，無人機可搭載高清晰度攝像機、紅外熱像儀和激光雷達等多種傳感設備，可在短時間內完成大量線路巡視。無人駕駛無人機可在數公里長的高壓輸電線上空飛行，并利用高清攝像機實時傳輸圖像，將線路出現的故障及隱患及時反饋給地面指揮中心，配合紅外熱成像技術可對線路熱點進行探測，激光雷達可對線路進行三維建模，使工程技術人員能更準確地判斷故障的位置及性質[5]。例如：DJIMatrice300RTK無人機，其最大飛行時間是55min，最高飛行速度是23m/s，最高飛行高度是5000m，其搭載的ZenmuseH20T多光譜攝像機可實現紅外熱像儀640×512像素、可見光20倍光學變焦、高精度測距等功能。而地面巡檢機器人，更適合在復雜地形、高風險地區進行巡檢，這類機器人一般具有較強的越障能力、自主導航能力，可以在無人值守的條件下進行長期巡視，地面巡檢機器人能夠在輸電線的底部行走，實現對輸電線路的近距離巡視，配備高清晰度攝像機及各種傳感器，可實現對線路、塔體及地面的精細觀測與數據采集。地面巡檢機器人在復雜地形如山地、森林等環境下能夠發揮其獨特的優勢。

3.4自動化保護系統

在現代電力系統中，采用自動保護裝置可以有效地提高輸配電線路的安全可靠運行，對故障進行快速識別、定位和隔離，避免故障擴大，縮短停電時間，保證供電連續穩定。繼電保護裝置主要安裝于變電站及輸電線路上，是自動保護系統的重要組成部分，繼電保護裝置對電力系統中的電流、電壓和頻率等參數進行實時監控，并與設置的保護定值進行比較，當檢測到諸如短路、過電流、過電壓等異常情況時，可以快速地下達命令，切斷故障區域的電源，避免故障進一步擴大，針對110kV線路，提出了一種新的保護方式，即距離保護，差動保護，過流保護。距離保護裝置根據故障點與保護裝置之間的電氣距離來判斷故障位置，設置阻抗可調節保護范圍及靈敏度，例如：對110kV線路而言，為了保證故障發生時能及時切斷電源，可設置距離保護的阻抗為線路阻抗的80%～90%，差動保護裝置是根據保護范圍內的電流差進行判斷的，適用于重要設備如變壓器和母線的保護[6]。在電力系統中，很多故障都是瞬間發生的，如短時接地故障和雷擊等，此時快速恢復供電可大大縮短停電時間。當出現故障時，自動重合閘裝置首先切斷電源，故障解除后，自動重合閘動作，恢復供電，以35kV配電網為例，其重合閘時間一般在0.3～0.5s，重合次數一般在1～3次之間。例如：在雷雨天氣，35kV配線因雷擊而發生瞬間短路故障，當檢測到故障時，線路自動重合閘裝置快速切斷電源，0.4s后進行首次重合閘操作，因故障已經消失，重合閘成功，線路恢復供電，停電時間只有0.4s，極大地降低了用戶停電感受。

3.5故障斷點識別

在電力輸配電線路中，及時發現故障并精確定位是保證供電安全、穩定的關鍵，快速準確地定位故障點，縮短故障處理時間，提高供電可靠性，是電力系統維修的關鍵技術。脈沖反射法是一種常用的故障斷點識別方法，其基本原理是將高電壓脈沖信號發送到故障線路上，通過測量信號間的時間差來判斷故障點的位置。該方法首先利用高壓脈沖發生器將高壓脈沖送到故障線路上，使線路在到達故障點后產生回波；此外，利用高頻取樣裝置，記錄回波的時差，再結合線路的傳播速度，推算出故障點的位置。

4結語

電力輸配線路故障排除技術的不斷開發與應用，不僅能提高電網的可靠性與穩定性，而且能極大地降低停電時間，降低經濟損失。電力企業利用先進的檢測設備及智能監測系統，可快速查找故障點，采取相應措施，保障供電安全。未來，隨著物聯網、大數據、人工智能等技術的深入融合，實現更高精度、更高效率的故障排除，為電力工業智能化、現代化建設提供有力支撐。

參考文獻

[1] 楊佳澄.含碳捕集的能源電力系統互補運行優化及效率評價研究[D].北京：華北電力大學（北京），2023.

[2] 張婷.新型電力系統混合儲能方案優選及優化配置模型研究[D].北京：華北電力大學（北京），2022.

[3] 張榮緯.基于級聯網絡的輸電線路元件的檢測與分割研究[D].南寧：廣西大學，2023.

[4] MARCOSN，VENKATK，ZHANGYC，etal.Measurementplacementinelectricpowertransmissionanddistributiongrids：Reviewofconcepts，methods，andresearchneeds[J].IETGeneration，Transmission&Distribution，2021，16（5）：805-838.

[5] 雍世雄，靳程越.電力輸配電線路的運行維護與故障排除[J].自動化應用，2023，64（S2）：166-168，171.