输电线路运行故障的分析与防范

郝永康

（国网江苏省电力有限公司 扬州供电分公司，江苏 扬州 225009）

0 引 言

输电线路是电力系统中电能输送必不可少的关键性环节，起着决定性作用。输电线路的整体安全正常稳定运行在一定程度上影响着部分输电线路的运行状况，部分线路的运行反过来又会对整体线路起着制约作用。因此，在输电线路运行的过程中，任何一段线路如果出现了故障，都会直接影响整个电力系统的正常、顺畅运行。因此探究输电线路运行故障的防治措施就显得的义不容辞，非常紧迫。

1 输电线路故障的原因分析

1.1 雷击故障的原因分析

雷电故障是指因雷击线路造成的设备绝缘或绝缘子串闪断。防雷是利用雷击线路上的避雷线、避雷针或杆塔体，将雷电流进入地面。电闪是1种闪电通过避雷线并直接击打在电线上所引起的闪络故障。在雷电活动中，雷击故障的发生具有一定的必然性，这是雷击故障发生的周期性规律，广泛分布于山区或丘陵盆地的地区。同时，由于雷电天气具有一定的规律性，使得雷击发生的概率增大。从地理环境上讲，我国很多地方土壤的电阻率都很高，电线杆的电阻率也很高，容易出现短路。在我国部分山区，由于高海拔的山地条件，整体的电阻率增大，导致了雷击率的提高。

1.2 覆冰事故原因分析

覆冰失效是指在绝缘子伞裙间结冰，使绝缘子外部绝缘等级下降，造成闪络失效（也称为冰闪）。如果覆冰超出了导地线和杆塔的设计力学荷载，会造成断线、横担变形、倒杆等严重的事故。首先是倒立，倒立是由于在线路运行中，一旦有覆冰，它所承受的压力要比它所能承受的最大压力大得多。其次是输电线的舞动，导体处于覆冰状态时，由于重力作用，导线在一定程度上会发生变形。由于气温升高或人工震动，电线上的冰层脱落，金属丝的弹性储存会迅速转化为电能，导致电线跳跃。需要指出的是，随着覆冰数量的增大，线路的电弧垂度增大，拉力的变化也会随之增大，而覆冰坠落时，其振动的幅度愈大，则会导致更多的失效[1]。

2 输电线路运行故障的排除方法

2.1 风雨类故障排除技术

在输电线路中遇到的最常见故障就是风雨类故障，因为线路长期处于外部环境，很容易遭受风雨天气的侵袭，如果遇到风雨类故障，则很可能会导致碰线、断线，严重危及人身安全和财产安全。因此，风雨类的事故一定要引起足够的重视，加强对设备的检查，考虑到维修的各种条件以及各种可能的原因。操作人员要严格按照规定来操作，不能按照自己的意愿去做，尽量降低外部环境对线路的影响。同时，对发生暴风雨型故障的输电线路所在地区的天气、地质环境等多个因素进行深入分析，找到相应的天气变化规律，从而制定相应的预防对策。

另外，加强对塔架的防护以及塔基的稳定性，以避免雷暴天气对塔身的不良影响。

2.2 覆冰故障的防范

在铺设线路前，应先调查地质特征、水文、气象条件，并根据近年来的气象特征进一步分析输电线路的特点，以避免出现结冰和覆冰的高发地区；在冬季，选用具有良好融冰性和优良品质的线路材料，加强对输电线路的巡视，一旦发现结冰现象，应采取有效措施进行清除，以避免冰害蔓延。目前，输电线路中采用的除冰方式主要有热融冰法、机械破冰法等。在这些方法中，最常用的方法是利用短路电流、铁磁线、潮流分布等原理进行融冰、除冰；而机械破冰法的主要特点是振动强烈，并能产生电磁场[2]。

在输电线路的设计中，应考虑到当地的历史条件，对线路可能覆冰的厚度及覆盖范围进行分析，以避免出现严重的结冰区，尽量将线路设在覆盖程度不高的地区。对于重冰区的输电线路，除了增加铁塔的抗冰能力、增加护墩以外，还应在线路中部增设加固基础杆塔，以避免多根连续杆塔的倒塌，造成更大的损失。

2.3 加强输电线路日常维护

相关的电力部门不仅要做好输电线路的施工，还要对输电线路进行定期的检修，确保电网的安全稳定，提高供电公司的社会形象。电力公司不仅要充分考虑自身的发展需要，还要制定相对完善的、具有针对性的标准和制度，以达到规范相关工作人员的行为，从而有效减少工作中的错误发生。此外，有关部门还需要制订一套完整的输电线路检查计划，定期检查输电线路，以便及时发现线路上的问题。同时，要加强对特种线路的巡视，做好巡视记录，查找故障原因，为以后的运营和维修管理工作提供参考。

2.4 应用在线检测技术

在电网运行中，采用在线监控技术进行输电线路维护能有效解决实际问题。在输电线路中，对输电线路进行故障诊断、故障分析、评估，实时掌握线路设备的动态变化，实现输电线路的动态管理。特别是在监督工作中，必须采取下列措施。首先，对输电线路的运行状况进行监控，包括覆冰程度、温度变化、拉力和远端视图；其次，监控线路的塔杆状况，如有无倾斜位移、有无过电压、有无雷击等。

2.5 加强输电线路检修和维修工作

首先，要加强对输电线路的巡视，这是为了确保输电线路的安全性和稳定性，所以电力公司要对输电线路的设备和管道进行全面的监控，在恶劣的气候条件下还要安装先进的监控设备。其次，供电企业必须更新和优化输电线路的设备，从而有效提高输电线路的运行效率和运行质量。最后，电力企业要加大投资力度，及时更新输电线路的设备，以有效改善其性能，并在监测工作中引入掌上电脑（Personal Digtal Assistant，PDA）等现代技术，使其与全球定位系统（Global Position System，GPS）相结合，以提高检测工作的效率和质量[3]。

2.6 合理巡视是故障查找的重点

故障的排查最终还是要靠人力来解决，将故障数据、定性分析结果、现场情况和巡视重点等让所有人都了如指掌。检查的人必须到位，不能因为检查不到位而错过任何可疑的地方。在巡线过程中，除对线路自身的各个部分和主要的失效项目进行关注外，还要对周围的环境进行监测。对发生故障的物体、可疑物品进行整理，并对其周边环境进行详细的记录，以便进行事故分析。排除所有可疑点后，若在关键部位未找到问题点，则要加大巡查或全线巡查，或者进行内部交叉巡查。若仍未找到问题点，可适当组织重点杆段或全线登杆巡查。登杆检查巡视因离得近，能发现杆塔附近不显眼的异常或导线上方、绝缘子上表面等地面巡查盲区，对疑似有雷击的情形，应增设避雷线悬挂金具、放电间隙及杆塔上部部件。

2.7 防雷击跳闸对策

首先，在线路上设置避雷器、降低杆塔的接地电阻、选用不均衡的绝缘形式加强导线的绝缘强度、架设避雷线等措施，使输电线路不会受到雷击。其次，对架空输电线路的地区，应充分综合考虑地形地貌、雷电活动、土壤电阻率，统计和分析雷电的分布与强度，掌握雷电与线路的联系，雷电与区域的联系，强化输电线路的监控。最后，根据不同地区的特征，制定不同地区的闪电分布特征，并提出相应的对策。

2.8 增加输电线路的绝缘性

通常来说，输电线路越长，铁塔的位置越高，受到雷击的概率越大，输电线路的压力也就越大。一旦出现对应的雷电状况，就会增大电流强度，导致短路等故障。为了解决这个问题，可以采取增大铁塔周围绝缘体的数目来减少雷击所造成的电流强度，从而提高输电线路的防雷能力。举例来说，悬置式的串联复合绝缘金属-氧化物半导体效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconcluctor Field-Effect Transistor，MOSFET）（简称MOS）避雷器是可行的。通过这种装置，当发生过电流时，避雷器就会启动，这样就能将电流的过电压控制在一定的范围之内。当闪电过电压降低到一定的限度后，线路上的避雷器就会重新回到原来的工作状态。这种避雷器在输电线路上的应用不仅可以有效减少绝缘体的电压，而且还可以减少线路的短路[4]。

3 人工智能监测系统的开发与应用

3.1 输电线路在线监测

在人工智能的研究中，专家系统是非常关键的环节。对电网来说，建立1套实时监控专家系统是十分必要的，它主要是通过对采集到的数据进行分析，找出线路可能出现的故障和故障的根源，包括知识库、数据库、解释机制、推理机制和人机界面5大模块。监控系统采集数据的方法有远程可视化、线路安全运行、避雷器等。将采集到的数据信息分为静态数据库和动态数据库，在监控系统运行时，由远程视频监控模块首先启动，将现场的情况转换为可视化的影像。该方法能较好地反映输电线路的运行状况，为输电线路的早期故障提供了重要的依据。

3.2 数据信号的无线传输

随着无线通信技术的发展，可以在更大的范围内进行信号覆盖，在电网传输线的检测热点位置设置传感器，并通过无线通信网络进行检测。通过无线通信技术，将采集到的图像和数据反馈给监测中心，实现了对线路运行温度、舞动幅度、避雷器等实时数据的远程传送，并通过人工智能（Artifical Intelligence ，AI）技术建立1个集成的监测平台，对线路的安全运行进行智能监测[5]。

3.3 远程视频监测

该系统包括客户端监控软件、图像编辑器和流媒体服务器，其中数据采集、压缩解码、无线网络数据传送是关键技术。该系统能实时监测输电线路周边的环境，并能随时了解输电线路的运行状况，加强对输电线路的管理。图像编码器利用压缩和编码技术对采集到的数据进行处理，然后利用无线技术将处理后的数据传送到流媒体服务器，由管理员登录监控软件进行解码，即可获得高品质的实时影像，并进行浏览、监控，最后利用 AI技术进行处理。

4 结 论

输电线路的运行安全不仅与我国电力供应的经济利益直接相关，而且对我国人民的生活、企业生产和社会发展也产生严重影响。输电线路故障受其自身特性的影响，有必要通过将科学方法与跟踪人员的辛勤工作相结合来有效地防止故障发生。为了防止输电线路发生故障，需结合输电线路的具体特点和实际情况，制定一系列合理的措施，以确保输电线路的安全。