輸配電及用電工程線路安全運行技術分析

【關鍵詞】輸配電；用電工程；線路安全；運行技術

引言

新時期社會經濟快速發展以及人民生活水平的提高，對電力供應的穩定性和可靠性提出了更高要求。輸配電及用電工程線路是電力系統的基礎，其運行安全關系到電力供應的連續性與電網系統的安全。新時期的電力系統面臨諸多挑戰，如日益增長的電力需求、復雜多變的自然環境、技術更新換代的需求等。在實際運行中，線路安全同樣面臨諸多問題。基于這些問題，文章結合先進技術提供可靠解決方案，促進電力系統的現代化與智能化，讓輸配電線路能夠適應未來電力網絡建設發展的需求。

一、新時期輸配電及用電工程線路運行的挑戰

（一）供需平衡與靈活性不足

新型城鎮化與產業發展推動用電量持續攀升，預計2030年全社會用電量將達到10.7萬億千瓦時。按照這一設想，年均增速為3.6%。當下空調以及數據中心等高密度用電負荷占比上升，這一趨勢下峰谷差加大，部分城市峰谷差超過50%，這加劇了電網的調峰壓力。

此外，新能源并網與消納問題難以解決，風光等新能源滲透率速率提升，并網出現的波動性、間歇性導致電網的調節能力不足。例如，西北地區新能源的棄電率達到15%，需要依賴抽水蓄能、電化學儲能、需求側響應等來提升電力供應的靈活性。新時期國家修筑了許多特高壓輸電線路，支撐基地電力外送，但跨區域的消納仍需解決調頻調壓的問題。在用戶側，互動需求升級。分布式光伏、電動汽車等新型負荷增加，負荷特性從“單向用電”轉向“雙向互動”。在建設虛擬電廠的過程中，需要整合源網荷儲的資源，確保實時電價、負荷控制等供需協同的實現，但現階段這方面的參與度不足。

（二）輸配電及用電工程線路受復雜環境的影響

輸配電及用電工程線路的運行環境極為復雜，如強風、冰雪與雷電等，這些會導致導線舞動、桿塔倒伏、絕緣子閃絡等，造成十分嚴重的電力事故。如2023年，南方凍雨災害發生，造成500 kV線路覆冰，其厚度超過設計值的30%，由于冰雪導致斷線事故。南方還要考慮到沿海地區臺風的影響，如臺風每年導致輸電線路停運達到2.3次/百公里。復雜環境影響線路運行穩定性，部分山區，線路容易受到泥石流與滑坡的影響，這會導致塔基的沉降風險增加。沿海鹽霧腐蝕更會加劇金屬構件的使用壽命縮短30%～50%的問題。部分農網線路中，由于土壤酸堿度不均勻，接地裝置腐蝕率非常快。在城市化進程下，大量線路走廊被侵占，施工挖斷電纜的事故增加，在偏遠地區，線路巡檢覆蓋率嚴重不足，依賴人工巡檢效率低下。

（三）電力技術更迭快

新能源機組通過變流器接入到電網當中，系統的轉動慣性下降60%～80%，這說明接入電網后電力質量反而下降，會引發低頻振蕩以及次同步諧振等風險。引進柔性體系，柔性直流輸電系統雖然可以提高新能源的消納能力，但是換流閥的故障率比傳統設備的故障率更高，這增加了電網運行高質量的隱患。在電網體系中，智能電網、分布式監控終端等覆蓋率超過90%，但是在發展中多源數據融合不足，配網自動化系統誤操作率達到5%，在系統中區塊鏈和聯邦學習等技術還處于試點階段，跨企業的數據共享機制并沒有實現。另外電子技術更迭速度加快，設備的兼容性與運維的復雜性上升，直流配電網與氫儲能領域內缺乏統一的技術規范，設備接口的兼容性差異導致建設成本增加[1]。

（四）線路老化、絕緣性能下降

電網運行中材料質量缺陷顯著導致壽命縮短，假設劣質絕緣電子在電網中得以運用，擊穿率低于標準的15%，部分電纜絕緣層耐候性不足，老化速度快，故障率大幅度增加。工業粉塵區域絕緣子的污穢嚴重超標，這會引發閃絡事故導致線路故障。傳統的紅外檢測僅僅只能發現30%的隱性缺陷，在使用電網巡檢技術時，無人機與人工智能（Artificial Intelligence，AI）圖像識別技術的覆蓋率嚴重不足，缺乏帶電作業機器人的應用，以及高危區域內，人工操作仍舊是主要操作模式。

二、輸配電及用電工程線路安全運行技術運用

（一）防雷與防風技術

防雷綜合技術體系可防護線路運行安全。通過耦合導線（如良導體架空地線）分流雷擊感應電壓，從而降低絕緣子串電壓梯度，減少閃絡概率。在設計上，耦合導線與相線間距應該小于等于0.5 m，截面積大于等于相線50%可保護線路安全。進行自動重合閘裝置的安裝，在運行過程中，首次跳閘之后，延遲0.5 s的重合（避開瞬時雷擊），連續兩次跳閘后，閉鎖15 min（可預防永久故障）。通過這樣的設計，在運行的過程中雷擊跳閘率大幅度減少。

防雷技術使用要注意材料運用，如使用碳纖維復合芯導線，該材料抗拉強度從普通材料的2 000 MPa提升到4 000 MPa，耐腐蝕性能優于鋼芯鋁絞線。石墨烯涂層技術主要運用在材料的表面，在導線表面部分形成納米級導電層，雷電流泄放的效率可提升40%，維護線路運行安全。若是在沿海地區，線路可通過降阻劑+垂直接地極的設計來標準化設計；高土壤電阻率區使用深井接地或者是爆破接地設計[2]。防雷體系的設計中，應該與氣象體系聯動，借助智能化數據，接入氣象雷達數據，通過實時預警，采取可控措施降低雷電對線路造成的影響。

風災防控技術是線路運行的重要部分。要注意場地情況，如山區線路則使用硬質合金桿塔材質（抗拉強度大于等于500 MPa），適當增加桿塔的密度（從常規500 m縮減到300 m）。桿塔結構抗風強化很關鍵，可進行拉線系統的創新設計，在電力工程中使用預應力復合拉線技術：碳纖維+不銹鋼絲復合結構，抗拉強度提升到15 kN，傳統的鋼絞線僅有5 kN。可安裝智能張力調節裝置如液壓阻尼器，能實時補償風荷載所導致的張力損失。

針對導線舞動問題可以引進數字化檢測技術，如多源傳感器與AI預測控制技術，其中風偏監測儀、張力傳感器陣列均可發揮價值。AI技術可基于計算流體力學模型+歷史舞動數據進行模擬訓練，通過長短期記憶網絡來減少預測誤差。也可通過可控串聯補償或者分裂導線調節，實時優化導線張力、調整線路，確保線路運行安全。

（二）絕緣子防污技術

絕緣子污穢會導致系統運行效率降低，不利于電力系統穩定。表面疏水改性技術可進行絕緣子污穢處理，使用聚二甲硅氧烷進行，該技術適用于高溫環境（溫度大于等于150℃），疏水角大于110°，可確保3～5年的壽命。地蠟可以形成輸水膜來防護絕緣層，該技術適合高濕度地區，可降低40%的成本。進行絕緣子防污處理可使用靜電噴涂或者浸漬工藝，將涂層厚度控制在50～100 μm范圍內，太厚易剝落。在工業粉塵區域內，通過部署納米二氧化硅來增強耐磨性，抗磨耗性能提升50%。新時期還可研發自清潔涂層，光催化涂層能夠在紫外線的作用下分解有機污染物，適合運用在光照充足的地方。帶電清洗主要是無人機高壓水槍作業，各項參數如下：作業電壓10 kV/35 kV，絕緣距離大于等于0.7 m，水壓0.5～2 MPa，流量5 L/min，通過無人機搭載激光雷達掃描絕緣污穢分布情況，還可以通過AI算法來規劃清洗路徑，優先處理電流異常的區域。

通過安裝分布式光纖監測系統來智能化檢測絕緣子泄漏情況，一旦觸發閾值即刻報警。可每串絕緣子安裝1～2個光纖傳感器，間隔小于等于5片，采用布拉格光柵技術，通過時光域反射儀調節實現信號采集，提升分辨率。在新時期智能運維管理平臺可以通過數字孿生監測網絡，使用三維可視化系統監測污穢形成熱力圖，進行針對性處理。

（三）提升材料耐候性能

通過提升材料耐候性能來保證電力線路運行安全。如石墨烯復合導線技術，通過石墨烯摻雜使銅/鋁導線，可提高導電率15%～20%（IEC 60228標準下測試），提升線路的運行性能。復合芯導線（碳纖維+鋁合金等）能夠提升線路的機械強度。石墨烯抗氧化層的運用能夠讓導線在紫外線的照射下延長使用壽命。目前，高負荷輸電走廊如長三角、珠三角區域內，新型材料都得到了廣泛應用。在這些新型材料的使用中，初始投資增加15%～20%，但是年損耗量能夠降低8%～12%，按照1 000 km線路計算，年節省電費達到500萬元以上。

低冰黏附復合材料適用于高寒地區，這種材質表面通過防滲學設計，使冰黏附強度降低70%，納入涂層能夠進一步減少冰晶在表面上的附著。通常使用材料碳纖維增強復合材料、絕緣子串為硅橡膠復合傘裙，冰閃電壓提升2倍。該技術材料適用于東北和西北高寒地區，初始成本增加20%，但融冰能耗可降低80%。電加熱融冰裝置可通過分布式加熱元件來實現，碳纖維加熱電纜能夠在智能技術的支持下，配合自限溫加熱片正溫度系數效應縮短融冰時間來降低能耗。

（四）應急響應技術與帶電作業

在線路運行的過程中，快速搶修與故障隔離技術是電網系統穩定運行的關鍵。運用行波測距技術配合智能開關來實現故障區域的自動隔離，實現故障快速定位并給予處理。也可設置移動式應急電源來優化故障處理，可配置儲能車、柴油發電機組，確保臺風等極端天氣下也可以給目標區域供電。新時期帶電作業環節實現升級，比如機器人操作逐步替代人工高危操作，可通過絕緣斗臂車和機械臂來完成導線的修補，減少人力投入也保證人力作業的安全。等電位作業逐步規范化，通過屏蔽服與電位轉移棒標準化流程的運用降低電弧的傷害風險，從而降低帶電作業的事故下降率[3]。

（五）標準化管理及人員培訓

標準化管理與協同防護是線路安全內容的一部分，推行全流程安全防控，進行線路設計優化，讓其根據負荷特性來選擇導線截面，根據電網標準，采用多回路設計提升系統的冗余度。建立起黑名單制度，主要是針對供應商，建立起材料質量追溯體系，有提供過劣質絕緣子的供應商則可終止合作，挑選其他的供應商。在新時期，協同防護作業當中，可以加強人員的培訓，制定嚴格的措施強化獎懲機制的運用。技術人員可以通過虛擬現實技術模擬雷擊和覆冰等場景，以此來提升運維人員的應急處理能力。對于個人，將線路的故障維修率和績效考核掛鉤，從而減少人為操作的失誤。

三、輸配電及用電工程線路運行優化途徑

（一）加強需求側管理

新時期可以通過整合分布式光伏與儲能、電動汽車等靈活的資源，構建虛擬電廠，積極響應調節能力。在運行的過程中，通過實時電價機制來引導用戶錯峰用電，降低峰谷差率，從而減少電網的調峰壓力。在推廣管理的過程中，可以對終端負荷、可轉移負荷進行分類管理[4]。工業用戶可以通過負荷來控制開關，參與到電網調節中，在高峰期增加負荷削減量能夠達到總負荷的15%。負荷側進行資源整合，構建響應機制減少棄電率，如通過源網荷儲一體化來實現電網系統的優化，通過建立“新能源+儲能+微電網”的模式，通過配置電化學儲能來解決新能源的棄電問題，提升資源的利用率。新時期還可以通過區塊鏈技術來實現跨區域的電力交易，同時支持分布式能源的直接交易，降低中間部分造成的損耗。

（二）提升環境適應性能

提升環境適應性能要通過進行材料升級、災害防御來提升性能。根據線路所在的區域來進行調節，如石墨烯涂層導線、環氧樹脂防腐桿塔，這些裝置的使用均可以延長設備的使用壽命。根據所在區域進行調整，判斷材料使用情況。新時期增加材料的研發關鍵，數字化技術背景下，電網系統與氣象預警系統聯動，實時調整線路的輸送容量，實現電網系統的動態調整。如廣東電網，通過AI算法來預測臺風的路徑，再對沿線的電網進行加固，提升電力系統的抗風等級，保證電網系統的供電穩定。若是在山區，則安裝分布式光纖傳感器來監測塔基的沉降情況，系統可以根據運行情況發出預警，提升預警準確率[5]。

（三）技術迭代與標準化體系的建設

目前新型設備研發越來越多，國產設備不斷推出，這種情況下標準化體系建設十分重要。如推廣一兩次融合智能開關，降低配網自動化誤動作率，讓電網系統故障概率降低。新時期可以建立源網荷儲的統一技術規范，解決直流配電網接口的兼容問題，減少設備的改造成本，提升電網的穩定性。通過制定《配電室安全管理規范》的相關標準，明確多回路設計、冗余度設計，讓系統有冗余的同時保證供電的穩定。

（四）智能化運維技術的運用

引進數字孿生技術和預測維護，運用數字孿生模型來模擬極端天氣下的應力變化，管理方面也可以通過AI預測電纜的壽命，對設備與零部件實現及時維護與管理，在數字化技術的支持下，檢測出隱藏性缺陷降低故障發生隱患。推廣帶電作業機器人、智能傳感器、檢測器等，縮短維護時間，實現運維管理的智能化轉型。

結語

輸配電及用電工程線路安全運行是電網現代化建設內容的重要保障，影響到整個輸電線路的安全與穩定。文章通過探討當下輸配電及用電工程線路運行的挑戰，闡述線路安全運行技術的運用，最后結合現狀分析優化措施。可通過加強需求側管理、提升環境適應性能、進行技術更迭、建立標準化體系和使用智能化運維技術等，提升輸配電及用電工程的線路運行水平，從而優化電力系統運行質量。

參考文獻：

[1] 王少杰.輸配電及用電工程線路安全運行技術分析[J].智能建筑與智慧城市，2025（05）：176178.

[2] 何奇慧.電力工程配電線路節能降耗措施探討[J].中華建設，2025（03）：175177.

[3] 方雋杰.自動化技術在輸配電與用電工程中的應用[J].電子技術，2025，54（02）：170171.

[4] 周攀.輸配電及用電工程線路安全運行技術要點與應用[J].電力設備管理，2024（24）：3941.

[5] 黃會琴.輸配電及用電工程線路安全運行的問題及其技術分析[J].電氣技術與經濟，2023（07）：9697+104.