一种用于特高压输电线路的非接触式线路验电装置

李吉文 陈先勇 贺义平 赵钢

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.048

摘 要：现有输电线路验电技术大多采用接触式，用于特高压线路时存在操作不便及一定的安全隐患。该文介绍的一种非接触式线路验电装置，基于垂直场强差分布曲线匹配方法，通过对垂直于地面、垂直于输电线路走向的电场强度分量的测量，将其与仿真计算得到的标准数据进行比对分析得到输电线路的带电状态。实现了在塔下非接触式安全验电，确保了作业人员的安全。经多条特高压线路实测，采用这种算法的验电装置验电准确、安全便捷。为特高压输电线路验电提供了一种安全有效的新方法。

关键词：输电线路 工频电场 非接触式线路验电装置

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0048-04

A Non-contact Line Charged Check Devicefor UHV Transmission Lines

Li Jiwen1 Chen Xianyong1 He Yiping1 Zhao Gang2

（1.Xinjiang power transmission & transformation engineering company，Urumqi Xinjiang，830011，China；2.Xian Guangyuan electric Co.，Ltd.，Xian Shaanxi，710065，China）

Abstract：Most of existing transmission line chargedcheck technology uses the contact， when used in UHV line is inconvenient operation and certain security risks. This paper introduces a kind of non-contact line charged check device， based on the vertical electric field intensity distribution curve matching method， based on the perpendicular to the ground， perpendicular to the electric field component of the transmission lines to measurements， with the standard data obtained by the simulation calculation comparison analysis get charged state of the transmission line. Realize non-contact safety inspection under the tower， ensure the safety of workers. By multiple UHV line measurement， the device using thisalgorithm inspection accurate， safe and convenient. The device provides a safe and effective new method for UHV transmission lines inspection.

Key Words：Transmission lines；Power frequency electric field；Non-contact line charged check device

《GB26859电力安全工作规程》第6.3.2条规定，高压直流线路和330 kV及以上的交流线路，可使用带金属部分的绝缘棒或专用的绝缘绳逐渐接近导线，根据有无放单声和火花的验电方法，判断线路是否带电，验电时应戴绝缘手套。但笔者在新疆特高压输电线路检修工作实践中发现，许多线路铁塔高度都在七八十米以上，塔下无法验电，需要作业人员冒着大风，携带数米长的验电杆攀爬铁塔到一定高度进行验电，存在劳动强度过大、操作困难及较大安全隐患。

为解决特高压线路缺乏安全有效的验电手段的问题，笔者们研制了一种非接触式线路验电装置，它通过测量地面附近的垂直于地面及垂直于输电线路走向的工频电场强度分量，可以准确地判断线路的带电状态。

装置采用曲线匹配的算法，即对典型的特高压输电线路类型，单塔单回路，单塔双回路和两路并行的线路下方的工频电场强度进行仿真计算，得到线路下方一定高度范围内的仿真（曲线）数值，作为标准曲线库保存。当获得一组实际测量（曲线）数值后，将其与标准曲线进行逐条曲线相似性判断，相似度最高的标准曲线作为匹配曲线，根据匹配标准曲线的属性判断出线路的带电状态。

经过在新疆多地对750 kV的输电线路的实际测量，装置的测量准确率达到了100%。

实践证明，这种针对特高压输电线路，基于电场强度测量的非接触式线路验电装置准确可靠，为特高压输电线路验电提供了一种新方法。

1 装置与测量

如图1所示，装置由两部分构成，前端探头盒包含依次连接的感应模块、滤波模块、采集模块和信号处理模块，感应模块测量位于测量路径上各测量点的带电体的电压信号，经过滤波模块低通滤波后，送至采集模块进行模数转换，由信号处理模块进行信号处理后传输出去。

后端是一台工业级的平板电脑，存储有仿真得到的作为标准图谱的横向场强分布数据曲线。应用程序根据实际测量的数据计算生成测量曲线，将测量曲线与标准图谱进行匹配识别。若测量曲线的最小值大于设定的带电阀值，同时，将测量曲线与对应类型输电线路的标准数据曲线逐条进行距离计算，若距离的最小值小于距离阀值，则表示有电，显示验电结果。

为尽量减小对场强的干扰，装置的前端通过电-光转换，后端通过光-电转换，使它们之间用光纤连接。

探头盒下部有一个安装孔，可以连接一个预制的托举杆，操作人员可以手持托举杆，将探头盒举过头顶1 m，进行验电操作。

装置测量输电线路下方工频电场强度垂直分量的方法是沿着线路垂直方向匀速走一定长度的路径，探头盒将采集到的场强值上传到平板电脑，生成采集数值集合（曲线），图2是不同输电线路类型所需要走过的路径示意图。

为保证测量的准确性，测量路径在输电线路导线的外延还要延伸一段距离。

测量完成后，平板电脑将测量数据存储到硬盘上。

2 标准图谱

利用专业的电磁场仿真软件，对750 kV和1 000 kV特高压等级，对单塔单回路、单塔双回路，两（单回）路并行等常见的输电线路类型，对不同的杆塔形状，不同相序的输电线路下方的电场强度进行仿真计算，得到了一个完整的标准曲线库。

为使标准图谱和实际测量一致，标准图谱所要仿真的横向长度要符合测量路径的要求，即图2所示的长度。例如标号为7C1—SZ3（如图3所示）的同塔双回路杆塔，其最外侧线路距中心15.6 m，则此杆塔在杆塔下方的仿真长度为70.20 m。

下面是750 kV的两个标准曲线库的例子。为清楚起见，只显示了部分仿真曲线（见图4、图5）。

750 kV的仿真曲线从距地面14 m起，间隔2 m，一直到70 m止；1 000 kV从34 m到90 m，间隔2 m。

从仿真曲线上可以知道，对单塔双回路输电线路类型而言，无论杆塔类型如何，无论相序如何，两路带电的基本形状都是从双峰形逐渐演变成凸包形，一路带电是滑梯形。曲线特征非常明显。

3 测量数据与曲线匹配计算

3.1 测量数据

图6是乌吐线两路带电时在两个测量点测得的数据，图7是乌吐线一路带电时在3个测量点得到的测量数据。图6和图7的测量数据是经过挑选的，有代表性，大多数测量数据的曲线特征都与此相似。图中横坐标表示在测量路径上测到的点位置，纵坐标表示场强。

实际测量时，由于环境、电缆高度等因素的影响，即使是同一条线路，不同地点测得的数据是不同的。

在两路带电时，如图6测得的数据基本呈现双峰型或鼓型；在一路带电时，如图7测得的数据基本呈现滑梯型。这些特征与仿真曲线的特征基本一致。

电场分布受环境的影响较大，测量路径上的遮挡物、障碍物都会造成电场的局部畸变，使得测量结果严重偏离正常的电场分布，造成测量结果失效。更严重的，可能造成判断错误。因此，在实测时，尽量在空旷、平整的空地上选择一条测量路径进行测量。可以在一条路径上反复测量几次，综合几次的判断结果最终确定线路的带电状态。

3.2 曲线匹配计算

从图4和图5的仿真曲线，以及图6和图7的测量曲线形状看，测量曲线与某些标准曲线存在着一定的形状相似性。通过比较测量曲线与标准曲线的相似度，一条测量曲线可以寻找到“最佳”匹配的标准曲线。通过这条匹配标准曲线的属性就可以判断曲线的带电状况。

其次，测量曲线有很多的锯齿，这可能是干扰或测量误差造成的，因此需要对曲线进行光滑滤波处理。

设测量曲线为，对其进行一次自适应滤波，

然后再进行3次B样条插值，设标准曲线的点个数为，根据B样条插值函数计算出个点的测量值，归一化处理后，设为；假设一条归一化以后的标准曲线为，计算两条曲线的距离，得出测量曲线与一条标准曲线的距离。遍历标准曲线库，取对应的标准曲线，通过标准曲线的属性就可以判断出线路的带电状态。

根据两条曲线间距离的不同定义，可以衍生出不同的曲线匹配算法。此外，根据两条曲线间的相关性，即相关系数，也能较好地进行匹配判断。

在匹配算法中，针对每一种算法，设定了两个阀值A和B，阀值A的含义是带电阀值，阀值B的含义是匹配阀值，当测量曲线的平均值小于等于阀值A时，判断线路不带电，给出结论；当测量曲线的平均值大于阀值A时，判断线路带电，但此时有可能是一路带电；需要进一步判断。当测量曲线与标准曲线的最小距离小于阀值B，则给出判断结果，否则给出无法判断的结论。

线路不带电时，其下方的电场强度与正常环境下的差别不大，都在两位数以下，而当线路带电时，线路下方的场强都在三位数以上。仿真和实测都证实了这一点。因此，通过设定适合的阀值A，可以容易地确定线路是否带电，且不会误判。对于单回路线路，阀值A就能给出结论，而对双回路线路或两路并行线路，当阀值A判断有电时，进一步判断是两路都带电还是其中一路带电，哪路带电成了关键，这也是匹配算法要解决的关键问题。

在应用软件中，我们对一条测量曲线顺序采用多种算法进行判断，只有当所有的判断都一致，或仅有一个例外时，软件才给出分析结论。否则软件不给确定的结论。

笔者在新疆对750 kV的线路进行了多次实地测量，测量样本包含单塔单回路、单塔双回路、两路并行等输电线路类型，包含了很多的杆塔类型和相序排列类型，以及带电、部分带电、不带电等情形，有效的测量样本数大约320个。对这些样本的分析判断结果与实际情况完全一致。

4 结语

非接触式验电装置能够对750 kV电压等级的输电线路进行准确验电，是否能取代传统的验电方式还有待实践的检验。

此验电装置还有不少改进的空间，其一是对测量环境的要求，即要求有一个空旷平整的空地进行测量。针对这个问题，我们也在改进测量方法和算法，比如通过测量输电线路下方几个特征点的场强数据，判断出线路的带电状态。其二是前端装置和平板电脑间是有线连接，实际测量有不便之处，为此，我们也在尝试通过改进采集处理流程，预补偿算法等消除无线连接对局部电场造成的影响。

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