高压输电线路故障在线监测技术

河南电力公司平顶山供电公司 孙君录

高压输电线路故障在线监测技术

河南电力公司平顶山供电公司 孙君录

随着我国经济社会的不断发展，电力市场化不断推进，电力用户对电能的稳定性、可靠性提出了更高的要求。高压输电是保证电力正常运行的重要保障。高压输电原理是利用变压器升高发出电能的电压，再由断路器等相关控制设备接入输电线路，实现电力运输。输电线路根据不同的结构形式，可分为架空输电线路和地下线路。架空输电线路是建设在地面以上的，主要组成部分有线路杆塔、导线和绝缘子等。地下线路是铺设在地下部分（包括水域），利用电缆传输电力的线路。电力输送常选用架空输电线路，因其建设成本低，维修费用低，也较便利。但是因架空输电线路暴露在大气中，易受气象环境的影响而发生故障。不法分子盗割塔基的现象比较猖獗，架空输电线路存在着管理难度大的缺点。本文，笔者介绍了高压输电线路在线监测技术，分析了当前高压输电线路在线监测的困难，并提出相应对策。

一、高压输电线路的故障原因分析

随着计算机技术、电子技术以及通信技术的不断发展和进步，电力供应系统的线路保护措施能保证基本的高压输电线路的运行，但对于外力作用和电力设备本身原因导致的高压输电线路故障则难以进行预测和控制，因此要对高压输电线路的运行故障进行有效分析，建立迅速的故障诊断和排除机制。造成高压输电线路故障的原因包括外力、人为和设备3方面，自然的外力作用占输电线路故障的一半，通常以雷击引起的线路故障为主。外力的作用对高压输电线路的损坏难以预防，只能通过提高线路本身的抗雷性质实现。人为破坏高压输电线路的故障也较多，如施工操作不当造成的断线、短路和接地等线路故障，而输电线路本身运行环境较差，易使输电线路设备本身受到相应的外力作用而损伤。

二、高压输电线路的故障类型

1. 单相接地故障。单相接地故障是高压输电线路运行过程中常见的故障类型，当高压输电线路长期处于潮湿、雨水等恶劣环境中容易形成单相接地故障。在中性点非接地高压系统中，单相接地故障发生后，出现故障的相电压将变为0，而正常运行相电压将升到线电压水平，使电压跨度大大增加，容易导致高压输电线路过电压，相应的电压幅值长期超过设备的耐压限度会造成设备烧毁。如果出现故障的设备和线路未得到及时的处理，在线路的高压状况下，将造成高压线路温度的急剧升高，从而造成整个输电线路短路。

2. 输电线路的短路故障。高压输电线路在运行过程中由于外力或是人为作用导致相应线路设备外部导体跨接导线、高压输电线路的相间绝缘体被击穿等现象将造成高压输电线路的短路故障。

3. 线路导线的断路。高压输电线路的断路故障指线路的导线发生断裂而导致的供配电回路故障。在高压线路的断路点可能由于未出现明显断路点而产生间隙，从而产生巨大的电弧，致使高压输电线路运行时导线处温度剧烈上升，甚至会引起电力系统中的火灾或是爆炸事故的发生。由于三相供电的电动机可在缺相的情况下运行，若是三相电动机发生单相断路故障时，电动机可能会由于在超过设备耐压值的状况下运行而烧毁。

三、高压输电线路在线监测技术介绍

当今世界各国电力部门巡查高压输电线路故障、及时保障线路安全的尖端管理方法是直升机巡线。直升机巡线有利也有弊，利是便于及时到达故障地点，展开巡查工作，弊端是无法实时监控高压线路状态，而且其费用也过于昂贵。退而求其次，选择合适的在线监测系统监测高压输电线路则符合我国国情。目前，我国国内较为成熟的在线监测系统有导地线微风振动在线监测系统、导地线及风偏故障定位系统和动态增容在线监测系统等。各监备监测的物理参量存在差异，有实时监测导地线，有实时监测绝缘子，也有实时监测塔杆载重情况。如果物理参量数值超出阈值或其变化趋势突然发生变异，监测系统会及时发出预警信号，同时也会为技术人员提供及时的数据，便与实现技术人员对高压输电线路的精确化管理，及时应对线路产生的各种故障。

高压输电线路在线监测实现了技术人员对输电线路的实时监控与数据监测。整个监测需要考虑的变量是高压输电线路监测的首要难题。例如，监测高压线路负重的意义是及时掌握线路杆塔的载重情况。若线路荷载超出杆塔最大承重，就会出现杆塔倒塌的险情。杆塔是支持线路的重要基础设施，一旦倒塌后果极其严重。弧摆和风偏等数据也可反映高压输电线路所受风力的切向拉力，此拉力一旦超出杆塔最大承受力，也会发生倒塌现象。

四、 高压输电线路故障在线监测中存在的问题

1. 在线监测系统电源问题。高压输电线路的电压是在500 kV以上。直接在高压输电线路上取电或通过降压取电是不可取的，所以在线监测系统通常采用太阳能结合锂电池供电。但是锂电池使用寿命有限，电力公司需要消耗大量的人力去更换旧电池。

2. 通信单元与费用问题。国内远距离通信技术多采用GPRS或3G网络。高压输电线路距离很长，其线路杆塔数量也众多，如果每个监测点都安装通信单元，则会产生昂贵的通信费，若减少监测单元则会削弱了监测效果。

3. 在线监测系统安装问题。技术人员在安装在线监测系统的时候，必须停电安装，以保证技术人员人身安全。但是高压线路停电有可能会造成较大的损失。

4. 无法对雷击电流进行定位。由于在线监测系统电源电压低，无法采集到雷电流信号，存在被雷电流击穿的危险性。

五、在线监测系统弊端的解决方法

在线监测系统的电源问题、通信问题和雷电流信号采集问题是需要面对的主要问题。笔者认为，在线监测系统电源问题可以利用电流通过输电线路产生的磁场能量来为在线系统供电。可利用双CT结构来收集雷电流信号。双CT的作用是，一个CT作为取电，另一个CT可监测雷电流，这样就可以及时明确雷击故障点。至于通信问题，可采用当前最为时尚的通信技术——3G通信技术。3G技术通信较为稳定，传播距离远，减少了通信单元的数量，降低了通信成本。

六、结论

笔者在本文主要分析了高压输电线路故障检测方——在线监测技术。在线监测技术既有利又有弊，使用时要充分发挥其利，解决其弊，使高压输电线路正常运行得到最大化保障。高压输电线路故障会给电力用户及各城市带来巨大损失。保证高压输电线路正常运行，将电力运输损耗降至最低，及时判断并处理高压输电线路故障，是所有电力工作者要承担的重任。