输电线路外力破坏故障的分析与研究

肖丽佳

（福建船政交通职业学院）

0 引言

电网是配送电力能源的主要也是必要的手段， 同时更是电力系统网络的组成的必要不可少的部分。在经济快速发展， 科学技术手段不断进步， 以及电力需求不断增加的压力环境条件下， 电力系统的运行营运面临着越来越严峻的挑战与困难。可以说， 电能不仅是当今经济和社会发展的依托， 更是承担着减少环境污染、 减少资源浪费的重任。因此， 提升能源的有效利用率， 降低环境污染的程度， 确保电力网络系统的安全、 可靠、 高质量的运作发展是智能电网的基础本质要求， 这也是推动新时代可持续发展道路的唯一途径。输电线路作为电网组成的重要部分， 保证输电线路的完整安全， 提高输电线路的运作效率， 能够对电力运作的质量提升， 起到不可忽略的作用， 为能供应更具安全的， 稳定的， 环保的电能起到保障性作用[1］。

1 输电线路外力破坏现状分析

作为电力输送的载体——输电线路， 基本都是暴露于户外， 日晒风吹雨淋， 长期受自然因素、 人为破坏等影响， 常常会出现线路短路跳闸等故障， 严重影响电力输电网的安全运行和供电可靠性。近年来， 外力破坏输电线路更是层出不穷。表1给出了在2020年到2022年期间， 国家电网的输电线路受到外力破坏影响所引起的事故故障统计， 可以看出， 外力破坏严重影响了线路的安全稳定的运作， 给线路运行维护和电网安全运行带来了不必要的隐患和损失。为进一步将电力设施的保护工作提升到新的平台空间， 我们必须要对外力对输电线路的损坏进行统计分析， 同时研究并采取相应的措施对策。

表1 国家电网2020—2022年输电线路外力破坏故障统计表

总结来说， 近几年来， 随着全国工程建设的增加， 各种高速铁路和高速公路的建设， 大型机械的连续建设， 以及在线路保护区内违规建造的个别非法房屋、 采石场、 矿山和其他建筑物， 这些因素造成了由外力破坏引起的跳闸事件经常发生。据统计， 据统计， 全国近1/3 的电力中断是由于外力破坏电网所造成的[2］。输电线路遭受外力破坏主要表现在： 不法施工、 违章搭建、 植树修路等因工作疏忽或对电力行业知识掌握不清而造成的电力故障； 电力设施被不法分子偷盗破坏； 线路短路导致线路跳闸， 如线路下方燃烧农作物、 山林起火、 漂浮物 （如风筝， 气球， 白色垃圾） 等原因导致线路单相或多相短路。

2 输电线路外力破坏故障的危害及成因

2.1 输电线路外力破坏的危害

要想保证输电线路的安全稳定， 促进电网系统的正常运作运转， 如何能预防外力的破坏将是我们研究的工作重点。防止输电线路的外力破坏有三个难点需要去攻克： 难以预警， 难以排除故障， 耗时耗劳动力。由于现代化建设的速度明显变快， 施工建设的频率越来越多， 各类工程机械不经过输电线路保护区附近的有关部门的允许就进行操作， 同时， 个别施工团队安全意识匮乏， 一旦操作有所偏差就很有可能造成整个输电线路的跳闸或者是短路的情况， 而这些突发的事故在还没有发生之前是很难预料到的； 而在事故发生之后， 有关操作人员经常就在第一时间逃离现场， 以免承担事故责任， 这样一来， 必将导致电力部门有关工作人员需要从零开始， 花费巨大的时间精力去一个个一点点排除故障的缘由， 以及故障出现的事发点， 之后再进行及时的抢修[3］。输电线路分布广泛、 覆盖范围大， 人工手动检查通常需要在传输线间隔中进行连续的往返检查， 工作量大且工作内容相对简单。如果传输线在某个位置发生故障， 则需要手动检查故障原因和故障位置。由于环境的限制和人力的限制， 调查可能需要很长时间， 输电线路故障无法及时发现和处理， 这样就很可能造成巨大的经济损失。

2.2 输电线路外力破坏原因分析

（1） 机械碰撞

输电线路和一些有关的电力设施分布分散的现象是非常普遍的， 许许多多的线路 （地下电缆） 会跨越公路、 铁路网络、 河流河川、 湖泊和其他建筑物，或与其他设施相邻， 如供水， 排水， 通讯， 广播电视，天然气， 石油管道等， 通常情况下， 都会受到建筑施工的影响或者遭受非法施工的损坏。目前， 大部分基础施工均采用机械施工， 在建设施工过程中， 要想第一时间发现电力线缆是非常困难的， 这通常只有在事故发生之后才会知晓， 这样带来的损坏就特别大， 影响也很糟糕[4］。造成电力线缆被损坏的原因主要有以下几点： 一是施工现场的管理混乱； 二是施工人员的责任感薄弱， 责任意识不强； 三是很多的施工建设是不符合规章制度的。曾因施工人员盲目施工， 在没有执行办理相关的程序， 也没有及时通知有关工作人员的情况下， 就进行变电站lOkⅤ出线电缆区施工，造成10kⅤ线路出线被严重损坏的事故。城市建设施工队伍在道路扩建工程中， 误挖断埋藏在地下的电缆， 造成附近居民及各机关单位部门停电、 同时还损坏了各大用电设备， 给社会及居民带来极其严重的后果， 不仅造成一定的经济损失， 也酿成了不良的社会影响。

随着城市建设步伐的加快， 输电线路走廊周围的建筑物也越来越多， 输电线路走廊附近更是随之出现了大量的大型机械和起重机。由于起重机等施工机械难免与电线发生碰撞， 于是电网经常“受伤”。这些事故大部分是由大型自卸卡车、 起重机等在运行或驾驶过程中， 由于驾驶员的安全意识比较淡薄， 对工作环境不熟悉所造成的。曾发生自卸卡车挂住用户线路， 导致汽车轮胎绝缘层立即被击穿， 司机因电击而死亡的事故； 自卸车挂断线路造成线路跳闸引起大规模停电事故； 牵引车失控撞上高压线路的变台副杆，使得250kⅤA 变压器遭受严重损坏等事故。

（2） 设备被盗

电网设施承担着运输和分配电能的任务， 数量多、 涉及面广、 输送线路长、 长期暴露野外的特点，恰成为了电力设施安全的“软肋”。在许多地方， 发生了诸如杆塔， 接地线， 户外电力变压器中的铜芯， 接地极， 接地导体的圆棒和角钢等被盗案件。它经常导致严重的事故发生， 例如大规模停电， 这就给有关电力部门和居民用户、 企业单位带来巨大经济损失。目前， 偷窃电力设备的违法行为时有发生， 不法分子对电力设备的人为损坏极其恶劣的， 有的甚至在公众场合就窃取电力设施， 这些情况无疑是给线路造成了相当严重的损坏。某市供电局330 千伏变电站由于不法分子的盗窃， 导致变电站内两台主变压器同时短路跳闸， 这起事故造成了其周边附近与它相连通的3 座变电站出现了失压现象， 共计损失负荷6.8万kW， 造成大面积的用户停电， 累计损失电量7.1万kWh。

（3） 其他因素

近年来， 因树木生长、 山林火灾、 烧荒、 祭祀等野外火灾引发的输电线路跳闸而造成的停电事故越来越多。当输电线路与树木、 建筑物和设备之间的距离超过相关条例规定的安全距离时， 就会引起输电线路对其放电。这样就可能会损坏重大设备， 造成人身伤害和死亡， 同时还将危及到电网的安全稳定运作[5］。山火引起的输电线路放电， 通常会引起多相故障， 由此触发的跳闸事故持续时间长、 影响范围大、反复爆发频率高， 恢复难度较大。日常生活中所见到的大型气球， 高处悬挂的标语和放飞的风筝， 都可能是附近线路安全运行的潜在危险因素。某市曾因一少年放风筝， 风筝线搭落在6kⅤ线路上， 导致全市线路全线跳闸； 某居民因在输电线路附近钓鱼， 鱼线甩至输电线路上造成触电伤亡。表2 给出了国家电网公司2022 年外力破坏造成220kⅤ、 llOkⅤ线路跳闸的因素分布情况。

表2 2022年国家电网公司因外力破坏造成220kV、 llOkV线路跳闸情况统计表

3 防止输电线路外力破坏的措施手段

3.1 加强管理

针对如今出现的情况， 必须采取有效措施， 防止输电线路的外力破坏。首先， 要加强管理和执法力度。加大法制宣传力度， 在宣传中， 要从实际出发， 开展有针对性的宣传， 营造强大的节约用电保护电力设施的舆论氛围； 电力管理部门作为电力保护设施的主体， 必须建立和完善电力行政执法队伍， 提高执法人员的法律法规意识， 密切联系政府、 公安、 安监部门等单位， 最大限度发挥电力警务室的作用， 提高执法能力； 做好具体的警示和对电力设备的保护标志的完善工作[6］。

3.2 应用防外力破坏监测技术

除了加强管理和执法力度， 还需要应用各种防外力破坏监控技术， 从而实现对线路现场的每时每刻的监督控制。输电线路在线监测技术是一套稳定可靠的输电线路抗外力破坏的系统， 能够智能识别工程机械， 并自动发出警告， 提示输电线路隐患。 通过全天候每时每刻监控输电线路周边范围内入侵的异物， 以预防、 减少异物入侵引起的破坏。当检测到线路铁塔区域内有人或者大型机械设备活动、 树木及建筑超出导线安全距离、 导线悬挂漂浮物、 导线下的山林或农田起火等情况时， 系统一方面现场给出各类安全提示、 警告等信号[7］； 另一方面向监控中心和相关巡检人员及时传送各种外力破坏情况， 确保输电线路运行安全。

防外力破坏在线监测装置主要包括视频/图像监测和空间检测方法。空间检测方法是指利用微波感应， 加速度传感器， 振动传感器， 雷达， 电磁波等技术实现测距和测速， 自动识别出外力破坏行为类别， 及时发现对输电线路的潜在威胁和破坏输电线路的情况， 向巡检员发送预警/告警信息， 并连接图像/视频设备进行及时的照片/视频的拍摄， 保留现场证据[8］， 其系统架构如图1所示。整个系统由终端状态监测装置 （CMD） 、 状态监测代理 （CMA） 、 监控中心组成。每一个状态监视装置分别安装在每个基塔上，检测装置的组成包括前端传感器/视频监控设备部分和单片机lDSP处理部分， 其可用于随时检测杆塔周围破坏行为信息， 必要时采用声光报警进行警示； CMA集中管理附近杆塔的多个防外力监测装置[9］， 汇集装置传输的视频、 音频等数据并发送至监控中心。监控中心可对电力线路铁塔架区域内出现的人或大型机械设备活动情况、 树木及建筑超出导线安全距离、 导线悬挂漂浮物情况、 电力线路下山林或农田起火等情况进行分析， 确定发生外力破坏而导致损坏的杆塔的名称、 地点和时间， 并及时向附近的线路巡检人员通报[9］。具体防外力破坏报警工作流程见图2。

图1 输电线路防外力破坏在线监测系统架构图

图2 输电线路防外力破坏工作流程

通过图像/视频监控技术实现线路现场的实时监控， 一方面巡检人员通过图像可以直观看到线路场景； 一方面可似应用差异化算法实现大型机械施工、行人运动、 树木生长、 山林失火及漂浮物等情况自动识别与报警。而所有的视频、 图像和分析结果均可通过通信网络实时发送到巡检人员的手机上， 有利于及时采取相关措施避免外力破坏事故的发生。

而烟雾传感器的火灾状态监测装置， 通过WiFi/GSM/GPRS 网络通信模块将火灾信息发送至CMA，由CMA 将数据发送至监控中心， 监控中心完成火灾的分析与告警， 通知巡检人员发生火灾线路的具体情况 （包含火灾严重程度、 地点、 时间等）， 并在第一时间与消防人员联动， 防止火灾蔓延。

监控测量装置主要结构见图3， 包括了烟雾感应器、 太阳能面板、 语音警示电路、 中央处理器、 GSM通讯模块等组成。监控测量装置进行了低功耗设计，中央处理器连接单片机， GSM通信模块不工作时处于休眠状态， 采用的太阳能与蓄电池双供电电源模式保证装置在野外能够长期工作。

图3 监测装置结构

4 结束语

本文从输电线路外力破坏的现状入手， 介绍了输电线路外力破坏的成因危害， 并给出了防治输电线路外力破坏及解决的研究思路和整体方向， 通过对解决方案的分析归纳总结， 为其他研究输电线路外力破坏故障的人员提供了一些理念与技术线索， 文章结合实际给出了可行性的分析思路和有效的技术手段， 为进一步的设计设想提供理论依据。