输电线路状态检修技术研究

2023-11-15何建华

大科技 2023年47期

何建华

（国网黄冈输电运检分公司，湖北黄冈 438000）

0 引言

输电线路是电力系统中至关重要的组成部分，对能源的传输起着关键的作用。然而，由于长期运行以及外界环境的影响，输电线路常常面临各种潜在的故障和损坏风险。因此，及时有效地进行状态检修和维护对于确保输电线路的安全运行至关重要。随着科技的不断发展，传统的输电线路状态检修方法已经无法满足日益增长的需求。为了提高检修效率和准确性，研究人员需要积极探索新的先进技术和方法。这些技术包括基于传感器的状态监测、数据分析与处理技术以及远程监控与通信技术等。通过结合这些技术，可以实现对输电线路的实时监测、故障诊断和预测，从而及时采取必要的维修措施，降低故障率并提高供电可靠性。

1 输电线路状态检修概述及目标内容

输电线路状态检修是指对输电线路进行定期或不定期的检测、诊断和修复，以确保其正常运行和可靠性。其目标是通过有效的技术手段，及时发现和解决输电线路中出现的故障、损坏或潜在问题，从而提高输电系统的安全性、可靠性和经济性。输电线路状态检修的定义包括对输电线路各个组成部分（如杆塔、导线、绝缘子等）的实时监测和评估，以了解其当前的工作状态和潜在的健康状况。这可以通过安装传感器来收集线路的温度、湿度、振动、变形等数据，并将其与预设的阈值进行比较，以判断是否存在异常情况。同时，还可以利用无人机、红外热像仪等高新技术设备对线路进行巡视和检测，获取更全面的信息。具体实现流程如图1所示。

图1 输电线路状态检测实现流程

输电线路状态检修的目标主要包括以下4 个方面：①故障检测与预防：通过监测和分析线路的状态数据，及早发现并定位故障点，避免由于故障造成的停电或事故发生。能够预测故障发生的可能性，采取相应的维修措施，提高线路的可靠性和连续供电能力。②线路健康评估：对线路组件进行定期检测，评估其结构完整性和使用寿命，及时发现潜在的疲劳、腐蚀、老化等问题，并采取相应的维修或更换措施，延长线路的使用寿命。③运行状态优化：通过实时监测和数据分析，了解输电线路的负荷情况、功率损耗等运行参数，从而优化系统配置和运行策略，降低能源消耗和运营成本。④安全与环保：确保输电线路的安全运行，减少因线路故障造成的火灾、人身伤害等风险。同时，通过合理的检修策略和技术手段，减少对周围环境的不良影响，保护生态环境[1]。

2 输电线路状态检修重要性

输电线路作为能源传输的重要组成部分，其正常运行对于保障电力系统的可靠供电至关重要。因此，确保输电线路的良好状态和及时进行检修维护是必要的。输电线路状态检修的重要性在于提高电力系统的可靠性和安全性。通过监测输电线路的状态，可以实时获取线路的工作参数、温度、振动等关键信息，从而及时预警或检测到潜在故障和异常情况。这有助于避免线路突发事故和停电事件的发生，保障电网的连续供电，并且减少供电中断对社会生活和经济运行造成的影响[2]。

3 输电线路状态检修技术要点

3.1 案例分析

以某电力公司为例，该公司为保证输电线路的顺利传输，开始对整个输电线路状态进行检修，以此保证输电线路的安全性。以往采用的检修方式比较落后，导致许多状态问题没有被及时检测出来，因此决定采用更加先进的无线传感器网络以及数据分析技术，对输电线路的温度、振动等参数进行有效监测，实现早期故障诊断和预测，最终提高输电线路的可靠性及安全性。

3.2 基于传感器的状态监测技术应用

3.2.1 温度、速度及气候传感器

温度、湿度和气候传感器是输电线路状态检修技术中常用的一类传感器，用于监测环境参数，以评估线路的运行状况和健康状态。温度传感器广泛应用于输电线路状态检修中，用于监测线路温度的变化。高温可能导致线路元件过载和损坏，而低温则可能引起绝缘材料的脆化和抗拉强度的下降。温度传感器可以实时测量导线、绝缘子和其他关键部件的温度，提供数据用于判断热负荷、热风险和故障诊断。具体应用过程如图2所示。

图2 温度传感器应用过程

湿度传感器用于测量空气中的湿度水平。在输电线路中，高湿度环境可能导致绝缘子表面污秽和闪络现象，从而影响线路的绝缘性能和可靠性。湿度传感器可以实时监测周围环境的湿度水平，帮助预测潮湿条件下的绝缘子寿命和性能，并及时采取措施进行维护或清洁。常用湿度传感器类型为电容式湿度传感器，其原理如图3 所示。

图3 电容式湿度传感器原理

气候传感器通常是多参数传感器，可以测量温度、湿度、风速、风向和大气压力等气候条件。这些传感器在输电线路状态检修中提供全面的环境数据，帮助分析和评估线路所处的气候环境对线路运行的影响。例如，强风可能导致导线振动和摆动，而大气压力的变化可能引起绝缘子的电场分布改变。通过使用气候传感器，可以更好地理解线路受到的外部环境影响，并采取相应的措施来保持线路的稳定性和安全性[3]。

3.2.2 振动和变形传感器应用

振动传感器是一种专门设计用于检测和记录输电线路振动的设备。它们被安装在输电塔、导线等关键位置，通过测量振动参数（如加速度、速度、位移等）来获取线路的振动特征。这些传感器可以实时监测输电线路的振动频率、幅值和模态，并将数据传输给监控系统进行分析。振动传感器的应用有助于发现线路的异常振动行为，例如，由于风力、温度变化、外部物体撞击等引起的振动。振动传感器原理如图4 所示。

图4 振动传感器原理

另一方面，变形传感器主要用于监测输电线路的形变情况。它们可以测量导线、杆塔等结构件的变形量，并将其转化为相应的电信号。变形传感器通常基于光纤、电阻应变计或压电效应等原理工作，能够实时监测输电线路的形变状态。通过分析和比较线路在正常工作状态下的形变特征，可以检测到异常情况，如导线弯曲、塔身变形等，并及时采取必要的维护措施。

此外，振动和变形传感器的数据可以与其他传感器的数据相结合，以全面评估输电线路的状态。通过监测振动和变形，我们可以实时了解线路的健康状况，判断是否存在潜在故障或过载风险，从而采取预防性维护措施，减少线路损坏和停电事故的发生[4]。

3.2.3 非接触式监测技术应用

非接触式监测技术在输电线路状态检修中扮演着重要的角色。其中，红外和雷达技术是两种常用的非接触式监测技术。

红外技术利用红外辐射来获取目标物体的温度信息，可以应用于输电线路的温度监测。通过安装红外传感器或热像仪设备，可以实时监测输电线路各个部位的温度变化，并对异常温度进行报警和诊断。红外技术具有快速、无损和远程监测的特点，可以及时发现潜在的故障点或过载情况，提高线路的运行效率和安全性。

雷达技术则利用电磁波的反射原理来检测目标物体的位置和形态信息。在输电线路状态检修中，雷达技术可以用于检测线路的振动和变形情况，如风偏、杆塔倾斜等。通过布置合适的雷达传感器，可以实时监测输电线路的结构变化，并进行数据分析和处理，以便判断线路是否存在潜在危险，从而采取相应的维修和保护措施。这些非接触式监测技术为输电线路状态检修提供了一种高效、准确和安全的手段，能够帮助运维人员及时发现问题并采取预防措施，从而提高线路的可靠性和可持续性运行[5]。雷达非接触式监测技术原理如图5所示。

图5 雷达非接触式监测技术原理

3.3 数据分析与处理技术应用

3.3.1 大数据分析与机器学习

大数据分析通过收集和处理大规模实时监测数据，能够帮助识别潜在的线路故障和异常情况。这些数据可以来自各种传感器，如温度、湿度、振动等，以及其他监测设备。机器学习算法在大数据分析中发挥重要作用，它们能够自动学习数据的模式和趋势，并根据已有的数据对未来可能出现的问题进行预测。例如，可以利用监测数据中的特征和故障历史，构建故障诊断和预测模型，以便及时发现并解决线路故障。此外，机器学习还可以应用于线路状态分类和优化决策方面。通过对线路状态进行分类和分析，可以提高检修效率和准确性，减少人工错误。而基于机器学习的优化决策模型可以帮助制定更合理的检修计划和资源分配方案，从而降低维护成本并且提高输电线路的可靠性和稳定性。

3.3.2 故障诊断与预测模型应用

故障诊断阶段通过监测系统中的传感器获取运行数据，如电流、电压、温度、振动等信息。然后，这些数据被输入机器学习算法中进行处理和分析。常见的算法包括神经网络、支持向量机、决策树等。这些算法能够学习并辨识出正常和异常模式，并对异常情况进行分类和诊断。在预测模型阶段，通过使用历史数据和已知故障案例，机器学习算法可以建立模型，能够预测未来可能出现的故障和异常情况。这样，系统操作员可以提前采取维修措施，避免事故发生或降低其影响。

故障诊断与预测模型的优势在于提供了一种主动的、基于数据的方法来监测输电线路的状态，帮助运维人员及早发现潜在问题并采取措施，以减少停电时间、提高输电网的可靠性和安全性。这些模型也可以与其他技术相结合，如远程监控和通信技术，实现全面的输电线路状态检修与管理。

3.4 远程监控与通信技术应用

远程监控与通信技术是输电线路状态检修中至关重要的一部分。该技术涉及使用无线传感器网络、云平台和物联网等先进技术，以实现对输电线路状态的实时监测和数据传输。

首先，无线传感器网络被广泛应用于输电线路状态监测。通过在输电线路上部署传感器节点，可以采集线路温度、湿度、振动等多种信息。这些传感器节点能自主工作并将数据传输到中心系统或云平台进行处理和分析。传感器网络的使用可以大大提高监测效率和准确性，同时降低了人力资源成本。

其次，云平台和物联网技术为远程监控提供了强大的支持。通过将传感器数据传输到云平台，可以实现数据存储、管理和远程访问。利用物联网技术，可以建立起输电线路和监控中心之间的连接，实现实时数据传输和远程操作。远程监控系统可以提供灵活的远程访问、报警和控制功能，使运维人员能够随时随地对输电线路进行监视和管理。