一種用于特高壓輸電線路的非接觸式線路驗電裝置

李吉文 陳先勇 賀義平 趙鋼

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.048

摘 要：現有輸電線路驗電技術大多采用接觸式，用于特高壓線路時存在操作不便及一定的安全隱患。該文介紹的一種非接觸式線路驗電裝置，基于垂直場強差分布曲線匹配方法，通過對垂直于地面、垂直于輸電線路走向的電場強度分量的測量，將其與仿真計算得到的標準數據進行比對分析得到輸電線路的帶電狀態。實現了在塔下非接觸式安全驗電，確保了作業人員的安全。經多條特高壓線路實測，采用這種算法的驗電裝置驗電準確、安全便捷。為特高壓輸電線路驗電提供了一種安全有效的新方法。

關鍵詞：輸電線路 工頻電場 非接觸式線路驗電裝置

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0048-04

A Non-contact Line Charged Check Devicefor UHV Transmission Lines

Li Jiwen1 Chen Xianyong1 He Yiping1 Zhao Gang2

（1.Xinjiang power transmission & transformation engineering company，Urumqi Xinjiang，830011，China；2.Xian Guangyuan electric Co.，Ltd.，Xian Shaanxi，710065，China）

Abstract：Most of existing transmission line chargedcheck technology uses the contact， when used in UHV line is inconvenient operation and certain security risks. This paper introduces a kind of non-contact line charged check device， based on the vertical electric field intensity distribution curve matching method， based on the perpendicular to the ground， perpendicular to the electric field component of the transmission lines to measurements， with the standard data obtained by the simulation calculation comparison analysis get charged state of the transmission line. Realize non-contact safety inspection under the tower， ensure the safety of workers. By multiple UHV line measurement， the device using thisalgorithm inspection accurate， safe and convenient. The device provides a safe and effective new method for UHV transmission lines inspection.

Key Words：Transmission lines；Power frequency electric field；Non-contact line charged check device

《GB26859電力安全工作規程》第6.3.2條規定，高壓直流線路和330 kV及以上的交流線路，可使用帶金屬部分的絕緣棒或專用的絕緣繩逐漸接近導線，根據有無放單聲和火花的驗電方法，判斷線路是否帶電，驗電時應戴絕緣手套。但筆者在新疆特高壓輸電線路檢修工作實踐中發現，許多線路鐵塔高度都在七八十米以上，塔下無法驗電，需要作業人員冒著大風，攜帶數米長的驗電桿攀爬鐵塔到一定高度進行驗電，存在勞動強度過大、操作困難及較大安全隱患。

為解決特高壓線路缺乏安全有效的驗電手段的問題，筆者們研制了一種非接觸式線路驗電裝置，它通過測量地面附近的垂直于地面及垂直于輸電線路走向的工頻電場強度分量，可以準確地判斷線路的帶電狀態。

裝置采用曲線匹配的算法，即對典型的特高壓輸電線路類型，單塔單回路，單塔雙回路和兩路并行的線路下方的工頻電場強度進行仿真計算，得到線路下方一定高度范圍內的仿真（曲線）數值，作為標準曲線庫保存。當獲得一組實際測量（曲線）數值后，將其與標準曲線進行逐條曲線相似性判斷，相似度最高的標準曲線作為匹配曲線，根據匹配標準曲線的屬性判斷出線路的帶電狀態。

經過在新疆多地對750 kV的輸電線路的實際測量，裝置的測量準確率達到了100%。

實踐證明，這種針對特高壓輸電線路，基于電場強度測量的非接觸式線路驗電裝置準確可靠，為特高壓輸電線路驗電提供了一種新方法。

1 裝置與測量

如圖1所示，裝置由兩部分構成，前端探頭盒包含依次連接的感應模塊、濾波模塊、采集模塊和信號處理模塊，感應模塊測量位于測量路徑上各測量點的帶電體的電壓信號，經過濾波模塊低通濾波后，送至采集模塊進行模數轉換，由信號處理模塊進行信號處理后傳輸出去。

后端是一臺工業級的平板電腦，存儲有仿真得到的作為標準圖譜的橫向場強分布數據曲線。應用程序根據實際測量的數據計算生成測量曲線，將測量曲線與標準圖譜進行匹配識別。若測量曲線的最小值大于設定的帶電閥值，同時，將測量曲線與對應類型輸電線路的標準數據曲線逐條進行距離計算，若距離的最小值小于距離閥值，則表示有電，顯示驗電結果。

為盡量減小對場強的干擾，裝置的前端通過電-光轉換，后端通過光-電轉換，使它們之間用光纖連接。

探頭盒下部有一個安裝孔，可以連接一個預制的托舉桿，操作人員可以手持托舉桿，將探頭盒舉過頭頂1 m，進行驗電操作。

裝置測量輸電線路下方工頻電場強度垂直分量的方法是沿著線路垂直方向勻速走一定長度的路徑，探頭盒將采集到的場強值上傳到平板電腦，生成采集數值集合（曲線），圖2是不同輸電線路類型所需要走過的路徑示意圖。

為保證測量的準確性，測量路徑在輸電線路導線的外延還要延伸一段距離。

測量完成后，平板電腦將測量數據存儲到硬盤上。

2 標準圖譜

利用專業的電磁場仿真軟件，對750 kV和1 000 kV特高壓等級，對單塔單回路、單塔雙回路，兩（單回）路并行等常見的輸電線路類型，對不同的桿塔形狀，不同相序的輸電線路下方的電場強度進行仿真計算，得到了一個完整的標準曲線庫。

為使標準圖譜和實際測量一致，標準圖譜所要仿真的橫向長度要符合測量路徑的要求，即圖2所示的長度。例如標號為7C1—SZ3（如圖3所示）的同塔雙回路桿塔，其最外側線路距中心15.6 m，則此桿塔在桿塔下方的仿真長度為70.20 m。

下面是750 kV的兩個標準曲線庫的例子。為清楚起見，只顯示了部分仿真曲線（見圖4、圖5）。

750 kV的仿真曲線從距地面14 m起，間隔2 m，一直到70 m止；1 000 kV從34 m到90 m，間隔2 m。

從仿真曲線上可以知道，對單塔雙回路輸電線路類型而言，無論桿塔類型如何，無論相序如何，兩路帶電的基本形狀都是從雙峰形逐漸演變成凸包形，一路帶電是滑梯形。曲線特征非常明顯。

3 測量數據與曲線匹配計算

3.1 測量數據

圖6是烏吐線兩路帶電時在兩個測量點測得的數據，圖7是烏吐線一路帶電時在3個測量點得到的測量數據。圖6和圖7的測量數據是經過挑選的，有代表性，大多數測量數據的曲線特征都與此相似。圖中橫坐標表示在測量路徑上測到的點位置，縱坐標表示場強。

實際測量時，由于環境、電纜高度等因素的影響，即使是同一條線路，不同地點測得的數據是不同的。

在兩路帶電時，如圖6測得的數據基本呈現雙峰型或鼓型；在一路帶電時，如圖7測得的數據基本呈現滑梯型。這些特征與仿真曲線的特征基本一致。

電場分布受環境的影響較大，測量路徑上的遮擋物、障礙物都會造成電場的局部畸變，使得測量結果嚴重偏離正常的電場分布，造成測量結果失效。更嚴重的，可能造成判斷錯誤。因此，在實測時，盡量在空曠、平整的空地上選擇一條測量路徑進行測量。可以在一條路徑上反復測量幾次，綜合幾次的判斷結果最終確定線路的帶電狀態。

3.2 曲線匹配計算

從圖4和圖5的仿真曲線，以及圖6和圖7的測量曲線形狀看，測量曲線與某些標準曲線存在著一定的形狀相似性。通過比較測量曲線與標準曲線的相似度，一條測量曲線可以尋找到“最佳”匹配的標準曲線。通過這條匹配標準曲線的屬性就可以判斷曲線的帶電狀況。

其次，測量曲線有很多的鋸齒，這可能是干擾或測量誤差造成的，因此需要對曲線進行光滑濾波處理。

設測量曲線為，對其進行一次自適應濾波，

然后再進行3次B樣條插值，設標準曲線的點個數為，根據B樣條插值函數計算出個點的測量值，歸一化處理后，設為；假設一條歸一化以后的標準曲線為，計算兩條曲線的距離，得出測量曲線與一條標準曲線的距離。遍歷標準曲線庫，取對應的標準曲線，通過標準曲線的屬性就可以判斷出線路的帶電狀態。

根據兩條曲線間距離的不同定義，可以衍生出不同的曲線匹配算法。此外，根據兩條曲線間的相關性，即相關系數，也能較好地進行匹配判斷。

在匹配算法中，針對每一種算法，設定了兩個閥值A和B，閥值A的含義是帶電閥值，閥值B的含義是匹配閥值，當測量曲線的平均值小于等于閥值A時，判斷線路不帶電，給出結論；當測量曲線的平均值大于閥值A時，判斷線路帶電，但此時有可能是一路帶電；需要進一步判斷。當測量曲線與標準曲線的最小距離小于閥值B，則給出判斷結果，否則給出無法判斷的結論。

線路不帶電時，其下方的電場強度與正常環境下的差別不大，都在兩位數以下，而當線路帶電時，線路下方的場強都在三位數以上。仿真和實測都證實了這一點。因此，通過設定適合的閥值A，可以容易地確定線路是否帶電，且不會誤判。對于單回路線路，閥值A就能給出結論，而對雙回路線路或兩路并行線路，當閥值A判斷有電時，進一步判斷是兩路都帶電還是其中一路帶電，哪路帶電成了關鍵，這也是匹配算法要解決的關鍵問題。

在應用軟件中，我們對一條測量曲線順序采用多種算法進行判斷，只有當所有的判斷都一致，或僅有一個例外時，軟件才給出分析結論。否則軟件不給確定的結論。

筆者在新疆對750 kV的線路進行了多次實地測量，測量樣本包含單塔單回路、單塔雙回路、兩路并行等輸電線路類型，包含了很多的桿塔類型和相序排列類型，以及帶電、部分帶電、不帶電等情形，有效的測量樣本數大約320個。對這些樣本的分析判斷結果與實際情況完全一致。

4 結語

非接觸式驗電裝置能夠對750 kV電壓等級的輸電線路進行準確驗電，是否能取代傳統的驗電方式還有待實踐的檢驗。

此驗電裝置還有不少改進的空間，其一是對測量環境的要求，即要求有一個空曠平整的空地進行測量。針對這個問題，我們也在改進測量方法和算法，比如通過測量輸電線路下方幾個特征點的場強數據，判斷出線路的帶電狀態。其二是前端裝置和平板電腦間是有線連接，實際測量有不便之處，為此，我們也在嘗試通過改進采集處理流程，預補償算法等消除無線連接對局部電場造成的影響。

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