電力線路在線巡視監測及故障精確定位的研究

摘 要：隨著我國智能電網和電力線路建設的高速發展，在使得輸配電線路數量不斷增加的同時也將電力路線的在線巡視和故障精確定位工作變得更為繁瑣，電網的負荷密度也隨之大幅度提升。現如今，電力線路的安全性和穩定性已經成為電力供應的重中之重，一旦出現故障會嚴重影響人們正常的工作與學習。文章主要從電力線路的在線巡邏和故障定位兩方面入手，為我國實現智能電網的良好發展做好技術基礎。

關鍵詞：電力線路；在線巡視監測；故障精確定位；饋線自動化；安全穩定

電力線路的在線監測和故障精確定位一直以來是我國智能電力線路的技術發展基礎，前者的主要作用在于對電力線路進行全面的實時檢測，以便于工作人員找到供電系統運行時的隱患故障；后者主要是在找出故障后幫助維修人員對故障原因進行精確的定位，并盡快對故障進行維護處理，最大程度的減少對居民正常用電的影響。就發展狀況而言，我國在電力線路的維修方面仍然存在著很多不足，在一些方面很容易受到環境的影響，且故障的精確定位也有著不穩定性，接下來要對于故障的巡視和定位進行必要的闡述。

1 電力線路監測和故障定位的國內外現狀

當前最為常見的巡視方式是故障指示器和IC卡技術。在輸配電系統中，尤其是大量使用環網負荷開關的配電系統中，當下級配電網絡中出現短路故障或接地故障時，利用故障指示器就能在規定時間內對上一級供電系統進行分斷，從而避免發生嚴重的故障。電力線路的在線巡視主要是利用桿塔上的監視系統、氣象系統及紅外線成像儀等智能電子設備，根據電力線路在線巡視系統所反饋回來的異常數據，來對電力路線的運行狀況進行實時的分析檢測。在線巡視系統中，大量的電力線路都安裝了信息鈕，主要作用是為工作人員提供路況信息，雖然在線巡視系統在一定程度上能夠代替人工巡視，但是仍然存在很多缺陷。關于故障定位技術的發展，最為常見的故障定位方法是故障指示器，但是其自我適應功能有待完善，除此之外，電力線路的中性點接地方式的不同給相關研究人員帶來了很大的技術困擾。饋線自動化開關的發展與成熟成為近年來的關注熱點。饋線自動化主要是利用計算機技術、電子技術及通信技術等先進技術來對電力線路的開關狀態進行實時監測，并對線路開關進行合閘、分閘等遠程遙控操作，在很大程度上能起到節省人力資源的作用并能夠逐步實現配電的自動化發展。我國在饋線自動化開關領域的發展還有待創新與完善。

2 關于電力線路的在線巡視

在線巡視主要是指維修工作人員對電力線路進行定時定期的檢查，主要分為人工巡視和無人機巡視兩種方式，容易受到如雷電、雨雪等特殊天氣的影響，從而不能對電力線路的故障進行準確的監測和定位。我國最新發展的技術是以無線傳輸方式為主的在線監測系統，其能夠對輸配電線路的各項環境指數進行實時的監測以便于及時的提供預警。

2.1 人工巡視

電力線路的人工巡視的工作原理是巡視人員利用攝像機和紅外線成像儀等智能設備，來對電力線路進行檢測的一種行為。人工巡視的成本較高，尤其是在比較復雜的偏遠區域，需要更高的人工成本。巡視類型主要有日常巡視、防污閃特巡、防風防汛巡、高溫巡視及紅外測溫等方面，巡視的主要范圍包括整個供電系統的電力線路設備的運行狀態、外觀及連接狀態，及電力設備的桿塔、拉線等區域，對電力線路的整體運行狀態不能做到實時監測。

2.2 無人機巡視

無人機巡視就是通過無線遙控、無線電遙控設備或自身的控制程序來操控無人駕駛飛行器。飛行器中可以攜帶可見光、紅外熱成像儀、紫外線成像儀等設備，從而能夠實現對輸配電線路的精確檢測。檢測精度較高的無人機還能進行定點懸停檢測，改善了地面人員檢測距離小，觀測視場角小的問題。此外，無人機的應用還不像直升機巡視那樣需要高昂的費用和極大的安全風險。

2.3 電力線路的在線監測技術

在上述兩種方式均出現漏洞的基礎上，巡線機器人被相關技術人員提出并進行了實際應用，這種技術有高空飛行機器人和沿線爬行機器人兩種監測方式。高空飛行機器人在應用過程中主要出現了高空飛行的適應困難、電力桿塔的適應識別困難等問題，沿線爬行機器人在跨越障礙、多傳感技術及導航定位技術方面具有缺陷，但是現階段還存在著很多困難。

除此之外，電力線路狀態的在線監測技術也得到了社會上的廣泛關注，主要包括電氣類檢測、機械類檢測和運行環境監測等方面，這類檢測狀態系統一般采用GPRS技術，但是缺陷是傳輸數據的容量較小，無法很好的滿足電力線路巡視的實時檢測要求，只能針對某些重要的特定電力線路進行監測。電力線路狀態的在線監測在一定程度上可以幫助工作人員減輕工作量，為工作人員提供決策參考。

在線監測系統設計上由可分布監控、集中管理、即時通知型智能化故障管理系統等幾個部分組成。這一系統融合了線路故障監測和實時通訊技術，能夠實現將信息傳輸到手機和計算機上的功能，并能夠提高故障定位和查詢的效率。監測終端由監測電路、分析算法、觸發電路等幾個部分組成，負責線路數據的檢測，并配置相應的通訊主機，能夠將采集的數據即時的傳輸到監控中心。利用各種線路故障檢測技術，實時監測線路運行情況，在線路出現短路故障、接地故障、過流等情況下，將采集的特征數據傳送到監控中心，再由監控中心自動發信至手機終端上。

3 關于電力線路的故障精確定位

電力線路故障精確定位的主要工作是采用分布式的行波定位技術來進行定位，首先需要利用現場監測終端將線路分成不同的區域，在發生故障時一要通過工頻故障的電流來確定故障區間，二要在既定的區間再來一次行波行為，當前自動化技術是電力系統提高供電穩定性最直接可靠的技術手段，通過采用電力線路測控終端來對輸配電網的開關、環網柜等設備進行數據采集來確定故障位置。下面將對定位過程中的具體方法進行簡要的概述：

3.1 關于故障的測距方法

該種方法一般用來解決復雜分支下多測量點的精確定位難題。傳統的故障穩態量方法對于具有明顯故障特征的電力線路十分有效，但是在故障特征較為微弱的情況下不太實用。故障分析法的工作原理是維修人員通過故障發生時的工頻電壓及過電電流等數據，來對故障點的范圍和距離進行判斷。在這里需要注意的一點是：如果系統操作的性能和電力線路的特征數據十分明確，那么在電力線路發生故障時，可以利用函數來求出測量點的電壓及電流量，只需要在發生故障時及時記錄下測量點的電壓及電流量便可以很快得出故障點的位置。近幾年隨著我國電子計算機技術的迅猛發展，故障分析法也越來越趨近于現代化和自動化，美中不足的是該種方法會受到系統阻抗和過渡阻抗的影響，一定程度上會導致故障距離的測量數據出現偏差，很有可能會導致部分非故障線路被分析納入故障范疇，進而影響人們的正常用電需求，希望有關研究人員以后能夠對其進行完善。

3.2 關于故障的選線方法

電力線路的故障選線通常被分為兩大類，一是通過向外增加信號，二是通過改變電氣的含量，兩種方法都比較常見。在實際應用中，如果檢測到母線的電壓最小值比規定值要大，一般需要維修人員依次對電力線路進行拉閘來選擇故障路線，但是該種方法的弊端在于會使得正常電路出現斷電故障，容易發生安全事故并且會降低電力設備的使用壽命，不利于設備的管理和保護。

3.3 關于區段的定位方法

區段定位主要是為了防止故障區域無法及時供電而對故障發生點相關區域進行快速定位的一種措施，一般包括相角差法、行波相關法及求導等方法。區段定位的具體過程如下：首先，當接地時，變電所終端根據零模電壓變化進行啟動，并選擇合理的故障線路；其次，各出線的饋線終端根據檢測點零模電流的突變狀況進行啟動；主站接收終端的數據后，對故障線路的電流數據進行濾波。但是這些方法對于母線反射波的反應幅度較為強烈，不容易得到精確結果。近年來饋線自動化技術得到快速的發展和應用，饋線自動化應用上有就地控制方式和遠方控制方式。前者主要通過重合器和各分段斷路器來進行故障判斷，包括多級重合器、重合器和分段器結合、重合器與自動配電開關結合等方案，不需要主站控制，具有成本低見效快的優勢，但是這種方法的開關設備過于復雜不適用大部分工作區域，給維修人員帶來了一定的困難；后者主要通過負荷開關和FIU系統來實現，通過FIU將現場故障信息發至主站再由主站對故障進行定位分析并控制開關。此外，FIU在基于故障電流狀態差動的原理上，可以作為各分段斷路器的饋線保護，表現為當主保護拒動時，變電站開關會跳開然后由配電網系統進行分析判斷，以遠程遙控的方式來隔離故障并盡快恢復故障區域的正常供電。當前我國已經提出了一種在線判斷故障的系統措施，該系統的工作原理是通過在配電網的分段開關安裝的FIU與配電網控制中心的SCADA系統相結合，構成一個高性能的配電網自動化系統，從而對故障進行準確定位，在完善了現有檢測方法結果的基礎上，也提高了電力線路的安全性和穩定性，當檢測線路中出現了故障特征不明顯的情況時，該智能檢測系統還能夠針對問題進行分級結構的判斷，在很大程度上提高了電力線路故障定位的精確性，適合我國大部分電力企業使用。

4 結束語

電力線路作為電力系統有效運行的關鍵，其安全性是保證人們生活正常用電的前提，也是實現我國智能電網快速發展的重要基礎。文章主要是對線路發生故障前的在線監測及故障后的精確定位這兩大技術展開了研究討論，并針對在線監測中出現過的隱患故障進行了簡要的分析，對如何更為精確的故障定位也提出了具體措施。隨著社會經濟技術和電子計算機的不斷進步，人們對于電力路線的高效穩定運行的要求只會越來越高，只有對故障進行及時準確的定位和處理才能真正提高電力路線的發展，為我國電力企業的長久發展奠定基礎。

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