電力輸配電線路中故障排除技術(shù)研究

摘要：電力輸配線是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，它的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性，然而，輸電線路分布廣，所處環(huán)境復(fù)雜，受自然條件及人為因素影響，線路故障已成為電網(wǎng)運(yùn)行面臨的主要問(wèn)題之一。故障輕則停電，重則設(shè)備損壞，經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人身安全。因此，如何快速準(zhǔn)確地排除輸電線路故障，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，已成為電力工作者迫切需要解決的重要課題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)輸配電線路故障排除故障類型

中圖分類號(hào)：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(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，輸電線路故障檢修技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，現(xiàn)代排障技術(shù)已由傳統(tǒng)的人工巡檢、簡(jiǎn)單測(cè)量向先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備、智能算法等方向發(fā)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(shí)間，降低了經(jīng)濟(jì)損失。所以，探究電力輸配電線路中故障排除技術(shù)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(tǒng)中最重要的一環(huán)，擔(dān)負(fù)著從發(fā)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(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的影響。一條高效的輸電線可以使輸電過(guò)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(huán)境污染。同時(shí)，對(duì)輸配電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與科學(xué)管理，能夠有效地提高電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力，保證供電的連續(xù)性與穩(wěn)定性[1]。輸配網(wǎng)布局與性能直接影響城鄉(xiāng)用電服務(wù)品質(zhì)，進(jìn)而影響全社會(huì)生產(chǎn)效率與生活品質(zhì)，高效率的電力輸配系統(tǒng)是保障社會(huì)正常供電、保障各種基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)行的重要手段。

2電力輸配電線路常見(jiàn)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(dòng)，短路故障主要表現(xiàn)為電流突增、線路過(guò)熱、設(shè)備損壞等。短路時(shí)，電流迅速增大至正常值數(shù)倍至數(shù)十倍，使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切斷電源，避免進(jìn)一步損壞。短路故障不僅嚴(yán)重?fù)p害電力設(shè)備，而且可能引發(fā)火災(zāi)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(shè)備故障造成，接地故障主要表現(xiàn)為接地電流的增加和接地電壓的增加。接地故障不僅會(huì)造成設(shè)備外殼帶電，危及人身安全，還可能導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)，影響電能質(zhì)量[2]。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)裝置能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，快速切斷故障線路，避免事故擴(kuò)大、設(shè)備受損，相對(duì)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(fā)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)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(dǎo)線的斷裂或脫落而造成的電流中斷，斷線故障主要表現(xiàn)為電壓驟降和負(fù)荷供電中斷等，由于自然因素（如大風(fēng)、冰雪等）、機(jī)械損壞或線路老化等原因，導(dǎo)致線路的斷線。斷線故障將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成大范圍停電，嚴(yán)重影響用電戶的正常用電，同時(shí)，線路斷裂也會(huì)引發(fā)電弧，引發(fā)火災(zāi)等二次災(zāi)害。

2.4過(guò)載故障

過(guò)載故障是指線路電流超出設(shè)計(jì)值而引起設(shè)備與導(dǎo)線過(guò)熱的一種現(xiàn)象，過(guò)載故障主要表現(xiàn)為導(dǎo)線溫升高、絕緣加速老化、設(shè)備損壞等，過(guò)載故障一般由負(fù)荷增大，電流分布不均勻或線路設(shè)計(jì)不合理引起，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行不僅會(huì)縮短設(shè)備壽命，還有可能造成絕緣損傷，引發(fā)短路、接地等故障。

3電力輸配電線路中故障排除技術(shù)應(yīng)用

3.1故障定位技術(shù)

故障定位技術(shù)在電力輸配電線路中的應(yīng)用具有重要意義，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的定位，可提高檢修效率，縮短停電時(shí)間，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。故障指示器是一種安裝于輸電線路上，能對(duì)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，故障顯示器將以指示燈或無(wú)線信號(hào)通知維護(hù)人員故障所在。以某城市電網(wǎng)220kV輸電線路為例，對(duì)其進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，當(dāng)一次線路發(fā)生接地故障時(shí)，故障顯示器上的指示燈立即亮起，表明故障地點(diǎn)距變電所12km[3]。維修人員可根據(jù)這些信息迅速趕往事故現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)是一棵倒下的大樹(shù)造成了線路的短路，由于故障指示及時(shí)，整個(gè)檢修過(guò)程只花了1h，停電時(shí)間大為縮短。故障測(cè)距技術(shù)是通過(guò)測(cè)量線路中的電壓、電流、阻抗等電參數(shù)來(lái)確定故障點(diǎn)。常用的測(cè)距方法有兩種，一種是阻抗測(cè)距，另一種是波反射測(cè)距。例如：一條長(zhǎng)約50km的高壓輸電線發(fā)生短路故障，根據(jù)故障測(cè)距原理，采用波反射測(cè)距法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，可得到距變電站35km左右的故障點(diǎn)。在實(shí)際檢修過(guò)程中，檢修人員找到了離變電站34.8km遠(yuǎn)的一處由絕緣子破裂引起的短路故障，故障測(cè)距機(jī)的測(cè)量誤差在20m以內(nèi)，并且具有很高的精度。另外，熱像探測(cè)是一種利用紅外熱像對(duì)線路各部分進(jìn)行溫度分布監(jiān)測(cè)的技術(shù)，例如：某電力企業(yè)對(duì)500kV線路進(jìn)行例行巡視，利用紅外熱像儀檢測(cè)到線路某一區(qū)段出現(xiàn)異常升溫現(xiàn)象，最高溫升高達(dá)85℃，而正常情況下該線路溫度低于60℃，維修人員據(jù)此判斷，該部位有可能出現(xiàn)絕緣破損或連接松動(dòng)的情況。通過(guò)對(duì)該線路的詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)該線路的一個(gè)連接點(diǎn)因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而接觸不良，從而引起了局部過(guò)熱，所以利用紅外熱成像技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除了隱患，避免了重大事故的發(fā)生。

3.2在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的故障預(yù)警與診斷方法，可有效提高輸電線路運(yùn)行的可靠性與安全性。絕緣在線監(jiān)測(cè)是一種通過(guò)監(jiān)測(cè)絕緣電阻變化來(lái)預(yù)測(cè)絕緣損傷程度的方法，絕緣電阻是電纜絕緣性能的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其老化和損壞狀況。例如：高壓輸電線的正常絕緣電阻應(yīng)該維持在1000MΩ以上，當(dāng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)絕緣電阻低于500MΩ時(shí)，可能是絕緣層發(fā)生故障，應(yīng)立即檢修，而絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常采用電橋法或直流法來(lái)采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，供操作人員進(jìn)行分析與決策[4]。張力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控導(dǎo)線、地線張力，防止因張力異常而造成斷線故障，導(dǎo)線、地線的張力對(duì)線路的安全運(yùn)行起著至關(guān)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(dǎo)線、地線上安裝張力傳感器，可實(shí)時(shí)采集導(dǎo)線、地線的張力數(shù)據(jù)。另外，通過(guò)對(duì)線路及設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)，可以有效地防止因過(guò)熱而引起的故障。溫度是電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，過(guò)高會(huì)使設(shè)備絕緣老化、接觸不良、嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起火災(zāi)，該系統(tǒng)采用溫度傳感器對(duì)線路及設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量。

3.3巡檢機(jī)器人

電力輸電線巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，提高了故障診斷的效率與精度，在高壓輸電線路、復(fù)雜地形地區(qū)，傳統(tǒng)的人工巡檢方式耗時(shí)耗力，且存在較大的安全隱患，巡檢機(jī)器人，尤其是空中巡檢機(jī)器人，為實(shí)現(xiàn)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(wú)人機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，無(wú)人機(jī)可搭載高清晰度攝像機(jī)、紅外熱像儀和激光雷達(dá)等多種傳感設(shè)備，可在短時(shí)間內(nèi)完成大量線路巡視。無(wú)人駕駛無(wú)人機(jī)可在數(shù)公里長(zhǎng)的高壓輸電線上空飛行，并利用高清攝像機(jī)實(shí)時(shí)傳輸圖像，將線路出現(xiàn)的故障及隱患及時(shí)反饋給地面指揮中心，配合紅外熱成像技術(shù)可對(duì)線路熱點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，激光雷達(dá)可對(duì)線路進(jìn)行三維建模，使工程技術(shù)人員能更準(zhǔn)確地判斷故障的位置及性質(zhì)[5]。例如：DJIMatrice300RTK無(wú)人機(jī)，其最大飛行時(shí)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(jī)可實(shí)現(xiàn)紅外熱像儀640×512像素、可見(jiàn)光20倍光學(xué)變焦、高精度測(cè)距等功能。而地面巡檢機(jī)器人，更適合在復(fù)雜地形、高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行巡檢，這類機(jī)器人一般具有較強(qiáng)的越障能力、自主導(dǎo)航能力，可以在無(wú)人值守的條件下進(jìn)行長(zhǎng)期巡視，地面巡檢機(jī)器人能夠在輸電線的底部行走，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的近距離巡視，配備高清晰度攝像機(jī)及各種傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)線路、塔體及地面的精細(xì)觀測(cè)與數(shù)據(jù)采集。地面巡檢機(jī)器人在復(fù)雜地形如山地、森林等環(huán)境下能夠發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

3.4自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，采用自動(dòng)保護(hù)裝置可以有效地提高輸配電線路的安全可靠運(yùn)行，對(duì)故障進(jìn)行快速識(shí)別、定位和隔離，避免故障擴(kuò)大，縮短停電時(shí)間，保證供電連續(xù)穩(wěn)定。繼電保護(hù)裝置主要安裝于變電站及輸電線路上，是自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)中的電流、電壓和頻率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并與設(shè)置的保護(hù)定值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到諸如短路、過(guò)電流、過(guò)電壓等異常情況時(shí)，可以快速地下達(dá)命令，切斷故障區(qū)域的電源，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，針對(duì)110kV線路，提出了一種新的保護(hù)方式，即距離保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)，過(guò)流保護(hù)。距離保護(hù)裝置根據(jù)故障點(diǎn)與保護(hù)裝置之間的電氣距離來(lái)判斷故障位置，設(shè)置阻抗可調(diào)節(jié)保護(hù)范圍及靈敏度，例如：對(duì)110kV線路而言，為了保證故障發(fā)生時(shí)能及時(shí)切斷電源，可設(shè)置距離保護(hù)的阻抗為線路阻抗的80%～90%，差動(dòng)保護(hù)裝置是根據(jù)保護(hù)范圍內(nèi)的電流差進(jìn)行判斷的，適用于重要設(shè)備如變壓器和母線的保護(hù)[6]。在電力系統(tǒng)中，很多故障都是瞬間發(fā)生的，如短時(shí)接地故障和雷擊等，此時(shí)快速恢復(fù)供電可大大縮短停電時(shí)間。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)重合閘裝置首先切斷電源，故障解除后，自動(dòng)重合閘動(dòng)作，恢復(fù)供電，以35kV配電網(wǎng)為例，其重合閘時(shí)間一般在0.3～0.5s，重合次數(shù)一般在1～3次之間。例如：在雷雨天氣，35kV配線因雷擊而發(fā)生瞬間短路故障，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，線路自動(dòng)重合閘裝置快速切斷電源，0.4s后進(jìn)行首次重合閘操作，因故障已經(jīng)消失，重合閘成功，線路恢復(fù)供電，停電時(shí)間只有0.4s，極大地降低了用戶停電感受。

3.5故障斷點(diǎn)識(shí)別

在電力輸配電線路中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并精確定位是保證供電安全、穩(wěn)定的關(guān)鍵，快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，縮短故障處理時(shí)間，提高供電可靠性，是電力系統(tǒng)維修的關(guān)鍵技術(shù)。脈沖反射法是一種常用的故障斷點(diǎn)識(shí)別方法，其基本原理是將高電壓脈沖信號(hào)發(fā)送到故障線路上，通過(guò)測(cè)量信號(hào)間的時(shí)間差來(lái)判斷故障點(diǎn)的位置。該方法首先利用高壓脈沖發(fā)生器將高壓脈沖送到故障線路上，使線路在到達(dá)故障點(diǎn)后產(chǎn)生回波；此外，利用高頻取樣裝置，記錄回波的時(shí)差，再結(jié)合線路的傳播速度，推算出故障點(diǎn)的位置。

4結(jié)語(yǔ)

電力輸配線路故障排除技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，不僅能提高電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性，而且能極大地降低停電時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)損失。電力企業(yè)利用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可快速查找故障點(diǎn)，采取相應(yīng)措施，保障供電安全。未來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的深入融合，實(shí)現(xiàn)更高精度、更高效率的故障排除，為電力工業(yè)智能化、現(xiàn)代化建設(shè)提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)

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