孫 峰，傅葵軍，高紹龍，郁 佩，胡 俊

(常德電業(yè)局，湖南 常德 415000)

輸電線斷股、損傷故障分析及對策

孫 峰，傅葵軍，高紹龍，郁 佩，胡 俊

(常德電業(yè)局，湖南 常德 415000)

現(xiàn)階段國內(nèi)對輸電線斷股、損傷故障檢測常用的方法有人工檢測法、航測法、巡線機器人檢測法、非線性頻率特性分析法，分析了各類檢測方法的優(yōu)點及實際應用中存在的問題，并在當前此類輸電線故障檢測方法的基礎上，總結(jié)了輸電線導線損傷、斷股故障研究的發(fā)展方向。

高壓輸電線;斷股、損傷故障;人工檢測法;航測法;巡線機器人;非線性頻率響應特性

0 引言

隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架的智能電網(wǎng)的發(fā)展，大容量、遠距離的輸電線路將投入運行，送電電壓也隨之提高，線路安全性的要求也越來越高。但架空輸電線路運行的環(huán)境條件很差，受各種自然條件的影響，導線在多種應力的長期作用下會導致材質(zhì)脆變，雷擊閃絡、外力破壞等會引起導線表面損傷，尤其是在海濱及工業(yè)區(qū)的輸電線更容易受到腐蝕，致使輸電線路產(chǎn)生裂紋、斷股等缺陷，嚴重影響甚至危及系統(tǒng)的安全運行。

目前對于輸電線路故障監(jiān)測方法大多采用的是離線檢測，通過定期對線路設備巡檢，發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷并加以評估，根據(jù)缺陷的輕重緩急，安排必要的維護和修復，以保證供電可靠性。工程實際中，發(fā)現(xiàn)輸電線路發(fā)生斷股、損傷故障時，缺陷等級基本上都定義為“危急缺陷”，需立刻將線路停運換線處理。尋求一種切實可行的輸電線損傷、斷股故障檢測方法成了急需解決的問題。

1 高壓輸電線斷股、損傷故障的檢測方法

1.1 人工檢測法

人工檢測法是用肉眼或望遠鏡沿線對輸電線導線進行觀測，檢測導體的表面特征是否有明顯的變化，以診斷輸電導線的斷股、損傷故障。該法適用于導線大面積、長距離斷股、損傷故障檢測。但是此方法有著不足之處:一是正常巡線一般為一月一次，巡線時間長，效率有限;二是我國的輸電線路距離長，沿線地況復雜，受到江、河、山等地理條件的限制［2－3］;三是當輸電導線出現(xiàn)小面積和短距離發(fā)生斷股、損傷時，輸電導線的表面特征就不明顯，人工巡線的檢測質(zhì)量就不能保證。

1.2 航測法

航測法是在直升飛機上應用紅外熱像和可見光錄像技術(shù)對高壓輸電線線路進行巡視檢測［4－10］。高壓輸電導線主要采用的是鋼芯鋁絞線，輸電導線出現(xiàn)斷股和損傷時，其局部電阻會變大，其阻值的倍數(shù)是輸電線直流電阻的幾倍甚至是數(shù)十倍，此時輸電線在運行期間的局部溫度會明顯高于大氣溫度，在陽光較弱的天氣里，溫度對紅外熱成像影響較小，易于發(fā)現(xiàn)線路因斷股、損傷引起得輸電線導線過熱缺陷［3，6］。航測法對于輸電線線路斷股、損傷故障的檢測有著檢測精度高、停電時間短、效率高等優(yōu)勢，但是從根本上說，航測法是將人工檢測和直升機巡線的結(jié)合，另外但是此種方法造價太高，我國輸電基層單位負擔不了檢測的費用，從經(jīng)濟的角度來考慮不是一種理想的方法［10－12］。

1.3 巡線機器人檢測法

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和尋求一種方便、準確的高壓輸電線斷股、損傷檢測儀的需要，從20世紀80年代開始，日本東京電力公司、日本Sato公司、美國TRC公司、加拿大魁北克水電研究院先后開始開展了巡線機器人的研究［13－17］。我國也開展了這方面的研究。目前正在進行智能化程度較高、越障能力強的自治巡線機器人的研制工作。

1.3.1 巡線機器人的紅外傳感器檢測法

武漢水利水電大學研制的高壓輸電線導線斷股、損傷的巡線小車是采用紅外故障檢測的方式［18－21］。高壓架空傳輸線一般采用鋁包鋼傳輸線，傳輸線的電流傳輸主要由鋁線承載，抗拉力則主要由鋼絞線負擔。當輸電導線發(fā)生斷股、損傷時，其截流面積將發(fā)生變化，導致輸電導線局部的電阻發(fā)生變化。在一定的電流條件下，由于散熱介質(zhì)及導線材料是均勻的，由熱學理論可知，斷股處的溫度會發(fā)生變化，即輸電導線斷股、損傷點附近會出現(xiàn)局部升溫［20，22］，變化情況如圖 1 所示。在斷股、損傷故障點處，溫度升高，輻射能量增大，據(jù)此對輸電導線斷股、損傷故障的檢測可采用對輻射能量變化敏感的紅外傳感器。

圖1 斷股處的溫度及輻射場的變化情況

相對人工法和航測法有以下優(yōu)點［18－21］:無需輸電線路斷電，抗強磁場能力強，診斷結(jié)果準確;巡線機器人能檢測電壓等級范圍廣，適用性強;能跨越障礙物，操作人員只需用無線遙控操作機器人，勞動強度大大降低;連續(xù)工作時間長;檢測費用低。但機器人檢測是要在無風、無雨下進行［20－21］;但我國電力線架設較為復雜，巡線機器人的智能化程度不夠高，巡線機器人還暫時不具備自動導航系統(tǒng)，還需工作人員在現(xiàn)場進行遙控操作。

1.3.2 巡線機器人的電渦流檢測法

電渦流檢測方法能準確探測鋼芯鋁絞線斷股、鋼芯腐蝕程度、OPGW鎧裝層損傷等故障。當輸電線出現(xiàn)斷股、破損或嚴重銹蝕等故障時，根據(jù)電渦流的畸變程度就可提取有關故障缺陷的程度和位置信息［17，23－25］。啟動巡線機器人后，隨著巡線機器人在高壓輸電線的運動，電渦流傳感器檢測的輸電線狀態(tài)信號由信號發(fā)生裝置發(fā)射，然后由地面信號處理分析系統(tǒng)接收，經(jīng)調(diào)理后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進入計算機進行分析處理。隨著巡線機器人的行走，檢測信號曲線可實時地顯示于計算機顯示器上，檢測完成后就可以對被檢測高壓輸電先進性詳細的定量分析，診斷出高壓輸電線的斷股、損傷故障，發(fā)出警報。

高壓輸電線一般采用鋁包鋼線，但是渦流法檢測時存在檢測深度的問題，所以對輸電線的鋼芯斷股檢測的靈敏度較差［23，26］。

1.3.3 巡線機器人的渦流和漏磁結(jié)合檢測法

針對電渦流法檢測輸電線斷股、損傷的缺陷，蔡成良等人［26］提出了結(jié)合漏磁檢測的綜合檢測方法。漏磁檢測傳感器主要對準輸電線鋼芯斷股、損失的檢測。巡線機器人的渦流結(jié)合漏磁檢測法既能檢測出高壓鋁包鋼輸電線的鋁線斷股的斷股、損傷故障，又能用漏磁檢測出鋼芯的斷股和損傷故障，使檢測輸電線斷股、損傷故障能力加強了很多［26］。但此種檢測方法最終還是采用定期檢測的方式，不能實時監(jiān)測輸電線路的運行狀況。

1.4 基于非線性頻率響應的監(jiān)測方法

2008年始，重慶大學開展了基于非線性頻率特性分析的輸電線路斷股、損傷故障監(jiān)測與診斷方法的探索性研究［27］。工程實際中，絕大多數(shù)系統(tǒng)都具有某種程度的固有非線性特性。經(jīng)過長時間的運行，當系統(tǒng)組成部件的物理或機械、電氣性能的變化積累達到一定程度時，系統(tǒng)將處于臨界故障或故障狀態(tài)，此時系統(tǒng)非線性部分的傳遞特性會發(fā)生比較明顯的變化。因此，只要辨識出表示系統(tǒng)固有屬性的非線性輸出頻率響應函數(shù)(NOFRF)模型并據(jù)此做出其頻譜，然后將當前頻譜與預存的基于NOFRF的系統(tǒng)不同工作狀態(tài)時的頻譜相比較，即可得知系統(tǒng)當前處于何種狀態(tài)，從而實現(xiàn)狀態(tài)在線監(jiān)測和故障診斷與預報。傳輸線很多種故障都會導致其等效電路模型參數(shù)的變化，這些變化都可以用非線性頻率輸出響應函數(shù)反映出來，如圖2所示。

圖2 基于NOFRF的架空輸電線監(jiān)測框

基于NOFRF對架空輸電線路發(fā)生斷股、損傷進行仿真試驗，結(jié)果表明，對于架空輸電線路斷股和局部損傷故障、斷路故障情況，NOFRF方法都能準確地識別出故障類型及故障發(fā)生位置，驗證了基于NOFRF的架空輸電線路故障監(jiān)測與診斷的有效性。

2 結(jié)語

從長遠來看，由于人工巡線、航測法存在效率低、費用高、檢測精度不夠等缺點，不是理想的高壓輸電線斷股、損傷的檢測方法。巡線機器人以其效率高、檢測費用相對低、檢測精度高等優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和發(fā)展前景，但因不能實時監(jiān)測輸電線路運行狀況，不能適應未來智能電網(wǎng)發(fā)展的需要?；诜蔷€性頻率響應的輸電線路斷股、損傷故障監(jiān)測方法通過監(jiān)測多種故障特征信號，建立能融合多種數(shù)據(jù)信息和專家知識的多層次智能故障監(jiān)測模型，實現(xiàn)架空輸電線路各種故障監(jiān)測與診斷。

［1］蔡華嶸，范春菊，郁惟鏞，等.一種實用的高壓輸電線路雙端電氣量故障測距新算法［J］.中國電力，2003，(7):39 －42.

［2］石 峰，劉 哲，朱學成，等.架空輸電線路狀態(tài)檢修探索［J］.黑龍江電力，2006，(6):452 －454.

［3］舒印彪，胡 毅.特高壓交流輸電線路的運行維護與帶電作業(yè)［J］.高電壓技術(shù)，2007，33(6):1 －4.

［4］岑阿毛.飛機在國外輸電線路中的使用［J］.電力建設，1984，(3):77－85.

［5］張維力.飛機巡線技術(shù)的研究與應用［J］.中國電力，1986，(9):66－68.

［6］趙彥平，李 麗.直升飛機巡視檢測高壓輸電線路［J］.山西電力，2006，(10):37 －38.

［7］邱國新.在直升飛機上應用紅外熱像技術(shù)巡視檢測高壓輸電線路設備的回顧［J］.廣東電力，2005，18(3):71 －73.

［8］余成安.直升機巡檢500千伏陽淮輸電線路可行性研究［R］.2002.

［9］王長濱，葉詠梅.采用直升機開展500KV輸電線路巡視及事故搶修探討［J］.黑龍江電力技術(shù)，1999，21(1):44 －47.

［10］邵允臨，曹晉恩，尚大偉，等.直升機巡檢華北電網(wǎng)超高壓輸電線路［J］.中國電力，2003，36(7):35 －37.

［11］李豫，李 靖.直升機帶電作業(yè)的現(xiàn)狀、技術(shù)難點和發(fā)展趨勢［J］.華中電力，2011，(1):18 －22.

［12］張 柯，李海峰，王 偉.淺議直升機作業(yè)在我國特高壓電網(wǎng)中的應用［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(6):45 －46.

［13］Sawada J，Kusumoto K，Munakata T.A Mobile Robot for Inspection of Power Transmission Lines［J］.IEEE Transaction on Power Delivery，1991，(1):309 －315.

［14］Montambault S，Cote J，st Louis M.Preliminary Results on the Development of a Teleoperated Compact Trolley for Live－line Working［C］.IEEE 9th International Conference on Transmission and Distribution Construction，Operation and Live － line Maintenance.Montreal，Canada:2000.

［15］Montambault S，Pouliot N.The HQ LineROVer:Contributing to Innovation in Transmission Line Maintenance［C］.IEEE 10th International Conference on Transmission and Distribution Construction，Operation and Live － line Maintenance.Montreal，Canada:2003.

［16］Peungsungwal S，Pungsiri B，Chamnongthai K，etal.Autonomous Robot for A Power Transmis － sion Line Inspection［C］.IEEE International Symposium on Circuits and Systems.Sydeny，Australia:2001.

［17］張運楚，梁自澤.架空電力線路巡線機器人的研究綜述［J］.機器人，2004，26(5):467 －473.

［18］吳功平，戴錦春，郭應龍，等.小波神經(jīng)網(wǎng)絡在輸電導線斷股故障診斷中的應用［J］.華中師范大學學報(自然科學版)，1999，33(1):65－68.

［19］吳功平，胡基才，戴錦春，等.輸電導線破損故障信號的檢測與信號處理［J］.振動、測試與診斷，1999，19(2):118 －124.

［20］吳功平，戴錦春，郭應龍，等.輸電導線機械破損的紅外檢測與故障診斷［J］.儀器儀表學報，1999，20(6):571 －574.

［21］吳功平，肖曉輝.架空高壓輸電線路巡線機器人樣機研制［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30(13):90 －93.

［22］戴錦春，吳功平，郭應龍，等.高壓輸電線破損的紅外故障診斷系統(tǒng)［J］.武漢水利水電大學學報，1998，31(2):61 －64.

［23］周風余，李貽斌，李峰，等.高壓輸電線巡檢機器人在線斷股檢測與診斷系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，32(14):77 －81.

［24］梁唯溪，饒貴安，康宜華.高壓輸電線渦流檢機器人的研制［J］.無損檢測，2000，22(10):442 －444.

［25］饒貴安，康宜華，武新軍，等.電渦流方法在輸電線損傷檢測中的應用［J］.傳感器技術(shù)，2001，20(2):14 －16.

［26］蔡成良，丁一工，康宜華，等.基于渦流和漏磁檢測原理的輸電線路導線損傷檢測［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(11):18 －22.

［27］陳民鈾，孫峰，翟進乾，等.高壓巡線機器人電磁導航系統(tǒng)研究與設計［J］.重慶大學學報，2010，33(1):54－59.

Study on detecting method of high－voltage transmission line damage and its countermeasure

The detecting methods of high－vdtage tramsmission line damage at preseat in our country are summarized.The commonly used methods include follows:artificial assay，aerial method，XunXian robot，on － line monitoring method of power transmission line fault and diagnosis based on non－linear frequency response analysis.It analyzed the advantages and some practical problems of each method Based on the analysis the development direction of transmission line damage detecting methods are discussed.

high－voltage transmission;broken stocks and damage fault;artificial assay;aerial method;XunX-ian robot;nonlinear frequency output response function

TM726

B

1674－8069(2012)03－055－03

2012-01-25;

2012-05-16

孫 峰(1982-)，男，河南駐馬店人，碩士，研究方向為電氣設備在線監(jiān)測。E－mail:sunchen617@sohu.com