输电系统故障检测与在线监测技术的研究

张锦锐，申娟平，启东林，马汝超，黄翼峰

（文山供电局，云南 文山 663000）

输电系统通常由输电导线、地线、铁塔、电杆、绝缘子等组成，输电系统组成部件相对简单，零部件数量却比较繁多，如果输电系统出现意外或者其他危害事故，那么供电质量和供电效果都会深受影响，随着危害时长和作用深度的持续扩大，周围电力系统也会遭到不同程度的损伤，长此以往，电力输送的稳定性和健康程度都会大幅下降。随着社会经济和生产力的提高，输电系统覆盖面逐渐增大，受环境气候的影响，输电线路表面污垢和尘土越来越厚重，由鸟类栖息引起的污闪现象也日渐上升，此外，某些区域的环境气候不但会对输电线造成严重损害，还会加大其维护管理的难度。在风力较大的区域，远距离输电线路仍会发生抖动和断裂等情况，最终对输电安全产生不利影响。

为了彻底解决这一问题，有关部门需要对其进行在线监测操作，提高输电系统故障诊断水平和维护质量，保证输电系统健康、可持续发展。合理使用在线监测技术不会影响机器设备正常运转，同时可以利用某些传感装置对输电情况进行有效监测，避免输电线路发生损坏或者其他危险性事故，及时发现输电线路存在的问题，并把潜在风险和隐患清除干净，减小输电线路故障所产生的影响或者危害，保证输电系统的平稳健康运转。

1 输电线路在线监测技术概述

1.1 在线监测技术概述

在线监测技术主要作用在输电系统和有关设备中，它能对设备运行状态和实际参数进行实时监测，并且对有关数据进行准确记录，然后把数据信息传达给接收平台，由接受装置对数据信息展开有效分析，进而实现输电设备和输电线路的检测管理目标，在线监测技术对实现输电线路稳定运行目标起到了明显的支撑效用。

1.2 在线监测和状态监测的联系

目前，很多电力行业工作者把“在线监测”和“状态监测”混为一谈，错误地把这两种监测方式当成一回事，其实二者是存在很大差别的。在线监测技术能够获取输电设备和输电线路的运行情况，在线监测技术工作期间不会影响正常输电操作，在线监测技术获取的设备信息和相关参数为状态监测提供了有力保障。状态监测包括在线监测、离线检测等多种方式，它的主要监测对象是输电设备整体运行情况，通过了解和分析设备各项参数，判断输电系统是否存在弊端或者缺陷，然后对故障发生的位置展开预防或者修复操作，状态监测技术具有明确目标和可靠范围。所以，输电设备监测管控能归结为有针对性的检测维修。目前，输电线路的故障诊断还不能完全依靠在线监测技术来完成，这是因为在线诊断技术不够完善或者具体，并且需要大量数据信息做保障，在实际作用期间，需要对数据信息展开有效分析，并且还要了解设备故障处理关系和检测逻辑，尽可能增强在线监测技术的灵活性和准确程度；技术升级过程比较漫长，在线监测技术的灵敏度、稳定性等都比较重要。

1.3 在线监测系统的结构

在线监测系统由多个零部件组成，其中包括数据信息收集传递和分析系统。监测装置一般安装在输电设备内部，它能收集输电设备运行转动的各项参数，同时了解周围环境与气候温度，然后把数据信息转变成电信号传递给输电系统。数据传输装置需要在网络环境中发挥作用，借助网络通道把各项数据信息传达给控制中心，然后通过计算和分析获取电力输送运行情况，如果控制中心计算方式足够先进科学，那么数据信息能够用来预测和分析可能遇到的风险隐患，为输电系统平稳健康运转奠定深厚的基础。

1.4 在线监测与故障诊断的必要价值

传统输电线路检修有着固定方法和有效策略，国家提出了一种定期维修检测的管理方法，这种方法需要对整个输电系统的各条线路提出了严格检验。

人工检验输电系统运行情况和转动质量，对城市线路而言不是什么难事，但在比较偏僻的高速公路和山区地带，输电系统需要跨越漫长的平原或者盆地，高速公路电力输送一般都要经过很长一段距离，而且还会穿越森林、荒漠等复杂地带，这就加大了维修检测人员的工作量和任务难度，一旦发生故障，会对电力传输造成深远影响，长时间的线路检查也会耗费很多精力，很容易造成局部电力供应停滞问题。随着社会经济的快速发展，电力需求呈现出与日俱增的态势，输电系统分布的区域也越来越宽广，与此同时，需要用到的机器设备也明显增多，这对输电系统管理维修产生了很大影响，传统检测维修手段不能起到设备管理和修复作用，这也使得在线监测与故障诊断技术获得快速发展。

通常情况下，输电系统和输电线路都存在故障堆积情况，输电系统故障不是一朝一夕所产生的。由于受到周围环境的影响，输电设备会产生一些物理、化学等微小变化，与此同时，输电设备很多元件也会慢慢损坏。在这个过程中，在线监测技术与故障诊断技术能够发挥协调配合作用，通过收集的数据信息判断输电系统健康与否，在大量数据信息的支持保障下，输电系统故障检测更加准确可靠，电力抢修的过程和难度明显缩减。

2 在线监测与故障诊断技术

2.1 导线舞动及风向监测

高速公路一般修建在比较偏僻的位置和区域中，隧道等公共设施也是如此，为了满足远距离、高难度送电需求，塔杆之间的距离会被控制到最大区间，而且通过的地区也会有很强的风力，比如，山顶塔杆很容易受到风力影响产生摇摆晃动情况，与此同时，导线也会受到风力的影响和作用，最终出现导线抖动或者断裂情况，随着导线抖动程度的增加，电力输送也会陷入瘫痪，这不仅会导致金具磨损严重，还会造成塔杆坍塌、导线断裂、跳闸等问题发生，给输电线路带来巨大的经济损失，更有甚者，会引发周围区域连锁反应，严重影响人民群众的生产生活和用电需求。

针对比较常见的输送故障，输电线路在线监测主要通过以下途径发挥效用：一是对导线绝缘子风偏角度等重要信息进行精确测量，并对周围环境进行有效监测，防止由于风偏引起导线跳动，同时能够根据风偏参数设置合适的绝缘子规格，降低导线跳动的可能性；二是了解输电系统所处位置和干扰情况，重点关注导线外部附着物分布情况，如果导线抖动频率和幅度超出既定标准，那么工作人员需要及时进行检查或者维修操作。

2.2 绝缘子污垢监测

输电系统发生故障的原因有很多，其中绝缘子污垢厚重就是主要根源之一。如果输电线路通过森林、沙漠等地区，那么在风力影响下，输电线路污垢沉积就会表现的十分严重，当表层附着物增加到一定程度后，绝缘子的功能效用就会明显缩水，在低压情况下，绝缘子闪络情况就会时有发生。在输电系统运行风险和安全事故中，绝缘子污闪占据很大一部分比例，绝缘子污垢沉积产生的影响要比雷击高出很多。

输电系统运用在线监测技术对绝缘子进行监测管理主要通过以下方式来实现，分别是接触式监测和非接触式监测，如激光、红外线、超声波等都是非接触式监测，这种监测方法成本较高，容易受到综合因素的干扰与影响，数据信息准确度也会大打折扣。在绝缘子污垢监测当中，常用的测试方法有等值盐密法和最大漏电流法。通过对数据信息的收集与探查同时结合环境温度、湿度等各项参数，可以对绝缘子污垢进行深入了解和有效分析，提高对输电系统故障诊断的可信程度。

2.3 导线弧垂的监控

导线弧垂值偏大或偏小，都会引起输电线路的短接情况发生。在比较恶劣的自然环境中，导线下垂极易引起输电线路短路问题发生。输电线弧垂较小时，会受到较大的应力作用，当温度较低时，其柔韧性也会大幅下降，进而引发断路器失效问题产生。如果导线弧垂比较大，导线与地面距离也比较接近，在穿越居民区时，很容易发生放电情况，给周边居民和输电系统带来不利影响；同时，强风也会使线路交叉盘绕。在实际应用中，受到温度、风力等多种因素的干扰，很容易发生导线弧垂变化情况。

当导线弧垂增加时，其倾角也会发生相应变化，因此，在线监测技术重点关注导线变化情况，利用角度传感器来获取设备系统变化信息，进而得出导线偏移和弧垂强度。为了深入了解输电系统运行情况，有关部门需要获取输电系统各项参数，例如，输电系统周围气候环境和分布状况等，然后把收集的数据信息与导线弧垂值结合起来，通过计算和分析获得输电系统运行情况，了解输电系统是否存在断裂和破损情况，准确判断输电系统故障发生的位置或者区间，为输电系统健康运行铺平道路。

2.4 输电线路温度监测

输电线路温度是重要的评价指标，输电线路温度关系到系统运行的稳定性和安全程度。目前，各种温度测量技术都比较发达，由于输电线路都是架设在户外，所以会受到气候环境的干扰或者影响，比如，北方气候寒冷，南方则相对炎热，所以要对不同地区的温度条件进行准确测量，然后选择合适的测温手段，提高数据信息采集准确性。温度测量手段主要分为两种：（1）接触式测温，它是根据热量传递原则获取物体温度信息的，在检测过程中，只要把传感器和物体相接触，传感器会对被测导线的温度进行监测与记录，并将其传送到数据处置中心，进而实现对导线温度的有效监测，这种方案准确度较高，技术手段也比较成熟，常见的方法有热敏电阻测温等；（2）不接触测温手段，它能根据热量辐射获取物体温度信息，不需要与被测对象直接接触，其原理与红外温枪十分相似，这种监测方法适用范围比较局限，容易受到气候环境的干扰或者影响，不利于大面积推广和普及。

3 提升故障检测能力

3.1 提高输电线路的稳定性

高速公路与隧道行驶车辆比较多，对输电系统的要求也高出很多，一旦发生断电事故，会引发严重的事故危害。为此，输电系统故障检测需要注重以下几方面的问题。（1）在保护过程中，可以将进线分为两个阶段，第一阶段要考虑最小延迟，而穿入线路要设计为光纤差动保护，增强迅速断开的可能性，并在此基础上增加一个闭合开关，保证其他区域正常供电。（2）在电源转换方面，可以采用两个电源工作方式，当发生故障时，立即转换到其他备用电源。（3）在通讯层面，为了实现大面积控制目标，必须将通道内的 DTU 连接起来，也就是人工控制跳闸时，要通过光纤以太网环交换器完成远距离通讯目标。

要实现上述要求，最主要的是在线监测技术的引进和融入，减少输电线路遇到的延迟现象。值得注意的是，监测数据过多传感器消耗量也会增大，成本费用也会明显上升。比如，在一些风力比较小的地区，就没有必要监测风速。

在线监测的目的是收集与输电系统运行转动有关的数据信息，当数据信息出现异常时，就会及时发出警报，找出故障发生的具体位置，并对该区域输电系统进行检查或修复，防止输电危害进一步扩大。比如，在隧道和高速收费站等偏僻位置提前获取故障信息，做好备用电源切换工作，维护隧道照明系统正常运转。

3.2 智能算法

目前，输电系统故障诊断和检测工作是有关部门不得不考虑的问题，输电系统在运行转动过程中很容易受到周围环境的影响。在这种条件下，加强在线监测技术的使用和融入具有很强的经济价值，其中，神经网络算法功能效用比较明显，可以准确获取物体状态信息和变化规律，大幅提高输电系统故障诊断能力。

4 结语

综上所述，输电系统运行维护是保证社会稳步发展的基础和前提所在。由于各地气候环境存在很大差异，所以在线监测技术的引进与融入要仔细考量，确保数据信息收集、处置和输电系统故障诊断都能准确无误。与此同时，借助在线监测技术能够获取更多有价值的信息，方便输电系统风险预防工作有序开展，彻底提高输电系统的运行质量和检测水平。