孫 路，何林巍，陳曉博，熊晉樹，沈 峰

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著電容、電流的大幅增加，以及出于絕緣安全考慮，大部分配網(wǎng)系統(tǒng)都改為小電阻接地，然而系統(tǒng)小電阻接地改造后，任意一相接地即發(fā)生短路，線路隨即跳閘[1-3]。小電阻接地改造以后，很多地區(qū)的線路雷擊跳閘率大幅提升，外力破壞等引發(fā)的跳閘率也有所提升，這給配網(wǎng)線路的運(yùn)行安全性帶來了較大考驗(yàn)[4-5]。

針對(duì)配網(wǎng)線路小電阻接地改造后存在的線路跳閘等問題，提出了解決問題的新思路，具體表現(xiàn)如下：安裝環(huán)狀電感線圈，設(shè)計(jì)具備抗干擾能力的霍爾電流傳感器；開發(fā)基于顏色輪廓模糊識(shí)別的圖像處理技術(shù)的低成本視頻監(jiān)控系統(tǒng)；研制高分子植物油基稠性阻礙涂料；研發(fā)采用等電位獨(dú)立電流注入法的故障指示器。

1 配網(wǎng)線路跳閘原因分析

通常線路跳閘原因可分為兩大類。

(1)絕緣子或避雷器擊穿閃絡(luò)。對(duì)于35 kV以下的架空線路，由于其絕緣子爬距較短，絕緣余量較小，雷擊過電壓造成絕緣子閃絡(luò)的概率很高。對(duì)于這類電壓等級(jí)較低的線路，300～400 kV的感應(yīng)雷過電壓就足以造成其閃絡(luò)故障[6-8]。為此，帶有過電壓保護(hù)器或保護(hù)間隙的防雷絕緣子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)降低中高壓架空線路的雷擊斷線、雷擊跳閘事故起到了很好的作用，然而絕緣子雷擊閃絡(luò)跳閘事故仍然很難完全杜絕。此外在正常運(yùn)行中，部分絕緣子或避雷器會(huì)因?yàn)榻^緣劣化、受潮開裂、前一次雷擊電壓應(yīng)力沖擊等問題擊穿閃絡(luò)，造成線路跳閘[9-10]。對(duì)此亟需可靠方便的帶電檢測(cè)技術(shù)，通過在線或人工帶電測(cè)試的方法，及時(shí)找尋到缺陷絕緣子或避雷器，從而避免跳閘事故。

(2)線路異物搭接閃絡(luò)。通常來自于吊車碰線或小動(dòng)物入侵，對(duì)于主網(wǎng)目前采用全線視頻在線監(jiān)控，結(jié)合圖像識(shí)別等技術(shù)，由于35 kV以下的配網(wǎng)，線路數(shù)量太多，不可能安裝全線視頻監(jiān)控，更無法承擔(dān)圖像識(shí)別等智能化技術(shù)管控手段，另外無線攝像頭的老化維修也需要極高的成本，對(duì)此急需適用于配網(wǎng)線路、能移動(dòng)、壽命長(zhǎng)、成本低、具備智能危險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。涉及小動(dòng)物入侵的問題，很多驅(qū)鳥器、藥物、鳥刺、防護(hù)套等設(shè)施，雖然起到了一定作用，但是都有各自的局限性，如果能有效果好、應(yīng)用面廣的技術(shù)，將對(duì)小動(dòng)物破壞事故起到有力的遏制。

2 配網(wǎng)跳閘率壓減技術(shù)

2.1 絕緣子、避雷器擊穿閃絡(luò)事故防范措施

對(duì)于絕緣子或避雷器絕緣劣化、受潮開裂等問題，解決問題思路如下。

(1) 研發(fā)就地安裝的絕緣子、避雷器、閃絡(luò)警示器等。依托性能可靠、成本低廉的特性，將其分布安裝于每一個(gè)桿塔，一旦某處桿塔絕緣子閃絡(luò)短路，就能立即發(fā)出醒目的指示，從而大大方便線路檢修人員尋找故障點(diǎn)，縮短恢復(fù)送電時(shí)間；對(duì)于重點(diǎn)線路，警示器通過設(shè)置遠(yuǎn)傳模塊，直接與融合終端的上位機(jī)通信，進(jìn)一步縮短故障查找時(shí)間。

(2) 研發(fā)手持式避雷器、絕緣子老化檢測(cè)儀。當(dāng)避雷器或絕緣子發(fā)生老化、存在裂紋污穢或遭受過雷擊電壓應(yīng)力沖擊時(shí)，其泄漏電流增大，通過檢測(cè)儀內(nèi)靈敏度極高的鉗形互感器，可及時(shí)檢測(cè)到異常的入地電流，從而找尋到缺陷絕緣子或避雷器，避免跳閘事故。

2.2 線路異物搭接閃絡(luò)事故防范措施

對(duì)于線路異物搭接閃絡(luò)，例如吊車碰線或小動(dòng)物入侵，亟需適用于配網(wǎng)線路、能移動(dòng)、壽命長(zhǎng)，同時(shí)具備低成本智能危險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此措施將采用全新的基于顏色輪廓模糊識(shí)別的圖像處理技術(shù)，結(jié)合慢反射光伏供電系統(tǒng)，建立低成本、高可靠性的配網(wǎng)線路圖像監(jiān)控系統(tǒng)。顏色輪廓模糊識(shí)別技術(shù)能夠在對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)速要求較低的條件下，快速識(shí)別吊車等典型危險(xiǎn)點(diǎn)，從而大幅提升配網(wǎng)領(lǐng)域的外力破壞監(jiān)控智能化水平；漫反射光伏供電系統(tǒng)則借鑒自由曲面反射技術(shù)，規(guī)避了光伏電池板容易受陰影遮擋損壞的高額維護(hù)成本，降低了配網(wǎng)圖像監(jiān)控成本。

近些年鳥類、松鼠、蛇類的大量繁殖，對(duì)配網(wǎng)線路形成了嚴(yán)重的威脅，很多驅(qū)鳥器、藥物、鳥刺、防護(hù)套等設(shè)施，雖然起到了一定作用，但是各自都有局限性。對(duì)此借鑒材料領(lǐng)域的創(chuàng)新科技，通過多學(xué)科交叉研究，研發(fā)出高分子植物油基稠性阻礙涂料，該涂料具備優(yōu)異的防曬、防雨、抗氧化變質(zhì)能力，具備低張力不干膠的力學(xué)特性，通過對(duì)橫擔(dān)、桿塔、拉線、接地引下線的局部涂覆，可使攀爬或停留的小動(dòng)物受到黏滯卻能掙脫，從而對(duì)小動(dòng)物起到很好的防范效果。

3 配網(wǎng)跳閘率壓減實(shí)施方案

3.1 絕緣子、避雷器擊穿閃絡(luò)事故防范方案

3.1.1 絕緣子、避雷器擊穿閃絡(luò)警示器設(shè)計(jì)

閃絡(luò)警示器通過檢測(cè)短路故障時(shí)橫擔(dān)周圍工頻電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來激發(fā)動(dòng)作。本產(chǎn)品內(nèi)設(shè)大截面環(huán)形感應(yīng)線圈，當(dāng)橫擔(dān)流過數(shù)百安培以上的工頻電流時(shí)，就會(huì)在感應(yīng)線圈上感應(yīng)出數(shù)毫安的交流電勢(shì)，利用該電勢(shì)觸發(fā)產(chǎn)品內(nèi)部的晶閘管觸發(fā)電路與場(chǎng)效應(yīng)管積分電路，來驅(qū)動(dòng)自閃LED發(fā)出醒目的閃光，告知巡視人員此處發(fā)生了短路故障。場(chǎng)效應(yīng)管積分電路利用電容充電保持一段時(shí)間的導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間后電容放電完畢，場(chǎng)效應(yīng)管恢復(fù)截止，LED熄滅。整機(jī)電路原理簡(jiǎn)單可靠、抗干擾性好，電池壽命長(zhǎng)，成本低廉，電路原理如圖1所示，該方案放棄了傳統(tǒng)技術(shù)的運(yùn)放信號(hào)檢測(cè)電路，采用“故障發(fā)生后再喚醒”的模式工作。在沒有故障時(shí)，待機(jī)電流為零，無需設(shè)置繁瑣昂貴的電源電路，不但極大降低了成本，也使產(chǎn)品的可靠性大幅提高。整機(jī)系統(tǒng)裝置原理如圖2所示。

圖1 絕緣子、避雷器閃絡(luò)警示器電路原理圖

圖2 整機(jī)系統(tǒng)裝置原理示意圖

當(dāng)絕緣子正常無故障時(shí)，橫擔(dān)任意一點(diǎn)的電流為零。當(dāng)某個(gè)絕緣子或避雷器擊穿閃絡(luò)后，橫擔(dān)會(huì)出現(xiàn)接地電流，但只要不引發(fā)工頻續(xù)流，固然電流幅值較大，其持續(xù)時(shí)間卻是微秒級(jí)的；若閃絡(luò)引發(fā)工頻短路電流，則該電流不止幅值大，持續(xù)時(shí)間也長(zhǎng)達(dá)40 ms以上，因此可以明顯地與雷擊閃絡(luò)電流區(qū)分開來。

閃絡(luò)警示器采用一個(gè)截面較大的環(huán)狀電感線圈，使其在安裝時(shí)貼近橫擔(dān)或接地引下線，就能方便地感受到閃絡(luò)的工頻續(xù)流，從而發(fā)出告警，起到直觀的警示效果。

3.1.2 絕緣子、避雷器老化檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

絕緣子、避雷器老化檢測(cè)儀創(chuàng)新地采用了帶有磁場(chǎng)、電場(chǎng)雙重屏蔽功能的霍爾直流電流互感器來精確地檢測(cè)流過絕緣子瓷套或避雷器的入地電流，其電路原理如圖3所示。12 V直流電源通過阻容分壓形成兩組6 V穩(wěn)定的直流電源，供運(yùn)放的正負(fù)雙電源工作，采用LF444或LF147型低噪聲運(yùn)放，對(duì)霍爾電流互感器(CT)輸出的模擬信號(hào)線性比例放大，驅(qū)動(dòng)模擬電壓表顯示對(duì)應(yīng)的泄漏電流。

圖3 絕緣子避雷器電路原理圖

檢測(cè)儀專門設(shè)計(jì)了具備抗干擾能力的霍爾電流互感器，如圖4所示。在圖4中，霍爾電流互感器1與誤差校正電流互感器2平行放置，其一次導(dǎo)線穿孔同軸。屏蔽磁軛3由鐵氧體與硅鋼片雙層復(fù)合構(gòu)成，呈圓柱形，壁厚不低于5 mm，其中一段設(shè)置接地端，兩端設(shè)有一次導(dǎo)線穿孔，并與霍爾電流互感器1和誤差校正電流互感器2的導(dǎo)線穿孔同軸放置。誤差校正電流互感器2的二次輸出電流與霍爾電流互感器1的輸出電流的差值除以設(shè)定的比例系數(shù)，再與霍爾電流互感器1的輸出電流求和后，即為互感器二次電流輸出值。

圖4 霍爾電流互感器示意圖

霍爾電流互感器利用能夠兼容高、低頻磁場(chǎng)的磁軛，屏蔽外界磁場(chǎng)干擾。該磁軛可使直流磁場(chǎng)、交流磁場(chǎng)均得到屏蔽，加上接地點(diǎn)的設(shè)置，可使磁軛內(nèi)部維持一個(gè)對(duì)地的零電場(chǎng)環(huán)境，從而保證霍爾傳感器的正常運(yùn)行，此外還加上了誤差校正電流互感器，它設(shè)置在更靠近外部強(qiáng)磁場(chǎng)干擾源的地方，通過其測(cè)得的電流與霍爾電流互感器的誤差計(jì)算，實(shí)時(shí)修正霍爾電流互感器的輸出數(shù)值，就可得到不受外界干擾的電流測(cè)試值，極大地提高了泄漏電流檢測(cè)的安全性與準(zhǔn)確性。

3.2 異物搭接閃絡(luò)事故防范方案

3.2.1 基于顏色輪廓模糊識(shí)別的低成本視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控在各地廣泛應(yīng)用，但基于圖像識(shí)別技術(shù)的危險(xiǎn)源預(yù)判需要借助云平臺(tái)，計(jì)算量與硬件配置成本均較高，為解決該問題，提出了新型的顏色輪廓模糊識(shí)別方法。首先借助基本RGB色系的顏色進(jìn)行像素識(shí)別。像素的顏色由R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)3種顏色按不同的比例混合而成，在24位真彩色位圖中，R、G、B的取值范圍為0～255，若3個(gè)基色分量確定了，則像素的顏色就完全確定了。然后按步驟可以先通過畫面中黃色(吊車顏色)進(jìn)行自適應(yīng)搜索，發(fā)現(xiàn)黃色像素越限后啟用輪廓模糊比對(duì)算法，進(jìn)而使用較簡(jiǎn)單的方法。對(duì)于吊車等典型障礙物，只需較低的網(wǎng)速與硬件配置，即可實(shí)現(xiàn)低成本的配網(wǎng)線路外力破壞危險(xiǎn)源識(shí)別?；陬伾喞：R(shí)別的危險(xiǎn)源識(shí)別過程如圖5所示。

圖5 基于顏色輪廓模糊識(shí)別的危險(xiǎn)源識(shí)別過程

光伏供電系統(tǒng)的早衰也是無線監(jiān)控系統(tǒng)的一大頑疾，對(duì)此研發(fā)新型漫反射光伏供電系統(tǒng)，結(jié)合自由曲面反射技術(shù)，極大提高了光伏板的使用壽命與光電轉(zhuǎn)換效率，降低了配網(wǎng)安裝圖像監(jiān)控系統(tǒng)的成本，增加了配網(wǎng)大面積安裝視頻監(jiān)控的可行性。

3.2.2 高分子植物油基稠性阻礙涂料研制

隨著環(huán)境的改善，鳥類、松鼠等動(dòng)物得以大量繁殖，對(duì)配電線路的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)防治小動(dòng)物起到的效果微乎其微，對(duì)此借鑒材料領(lǐng)域的創(chuàng)新科技，通過多學(xué)科交叉研究，研發(fā)了高分子植物油基稠性阻礙涂料，如圖6所示。該涂料具備優(yōu)異的防曬、防雨、抗氧化變質(zhì)能力，具備低張力不干膠的力學(xué)特性，通過在橫擔(dān)、桿塔、拉線、接地引下線等局部涂覆，可使攀爬或停留的小動(dòng)物受到黏滯卻能掙脫，起到了良好的小動(dòng)物防范效果。

圖6 植物油基稠性阻礙涂料

阻礙涂料的設(shè)計(jì)考慮以下幾方面：首先需要形成高張力、高黏滯力的不干膠黏滯效果，能快速對(duì)入侵小動(dòng)物黏滯；其次必須具備低剪切力，使小動(dòng)物掙扎后不會(huì)拉絲纏繞，而是逐步分節(jié)脫離，保護(hù)小動(dòng)物不受傷害；最后必須環(huán)保無害，具備較好的防雨抗氧化能力。為此采用植物油為基礎(chǔ)，通過纖維素類增稠劑與油性不干膠的組合，實(shí)現(xiàn)阻礙涂料的效果。

3.3 故障指示器帶電測(cè)試技術(shù)研究

指示器雖不能直接降低線路故障概率，但對(duì)于故障后的快速定位與搶修意義重大，現(xiàn)有技術(shù)的故障指示器，平均動(dòng)作正確率僅50%左右，對(duì)于線路故障的定位幫助不大。為此必須研發(fā)故障指示器帶電測(cè)試技術(shù)，通過不停電在線測(cè)試，及時(shí)剔除不良故障指示器，這對(duì)于跳閘后的快速恢復(fù)意義重大。

故障指示器帶電測(cè)試技術(shù)采用等電位獨(dú)立電流注入法，實(shí)現(xiàn)絕緣桿不停電操作，直接驗(yàn)證故障指示器的電流動(dòng)作能力，特殊的屏蔽罩結(jié)構(gòu)可模擬實(shí)際的低電壓與故障電流注入，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的故障指示器。

4 結(jié)語

對(duì)于小電阻接地改造后頻繁出現(xiàn)的線路跳閘問題，提出了有針對(duì)性的解決措施，具體如下。

(1)安裝環(huán)狀電感線圈于貼近橫桿或接地引下線處，以此感受閃絡(luò)的工頻續(xù)流并報(bào)警。

(2)設(shè)計(jì)了具備抗干擾能力的霍爾電流傳感器。

(3)開發(fā)了基于顏色輪廓模糊識(shí)別的圖像處理技術(shù)的低成本視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)研制了高分子植物油基稠性阻礙涂料。

(5)研發(fā)了采用等電位獨(dú)立電流注入法的故障指示器。

本文提出的相關(guān)技術(shù)對(duì)跳閘率起到了顯著的壓減作用，克服了因小電阻接地改造造成的跳閘率不降反升的被動(dòng)局面，極大地提高了配網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。