输电线路智能化运行维护技术研究

国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 段晨阳 任显铭 陈柯宁

结合国家能源局公布的相关数据：2022年我国全社会用电量多达8.6372万亿kWh，同比增长3.6%，且累计发电装机容量为25.6亿kW，6000kW以上电厂发电设备利用小时数3687h，为满足用电需求，新增220kV及以上输电线路3.8967万km，致使输电线路运行维护工作负担日渐繁重，为妥善处理输电线路运行问题，理应从智能化运维方向加强新技术的应用推广，优化用电服务体验。本文以某公司为例，对输电线路智能化运行维护技术进行研究。

1 某公司输电线路运行维护内容

1.1 巡视与检测

输电线路作为电力系统平稳运行的基础保障，理应积极开展运行维护工作，其重点内容包括巡视和检测，前者可细分为定期巡视、故障巡视、特殊巡视、监察性巡视，且巡视人员宜在新建线路投运1年时间里按照1次/月的标准按时巡视，而后调整为1次/2个月，以绝缘子（串顺线路方向倾角应＞7.5°或＞300mm）、线路金具（调整板、销钉、线夹完整无破损）、杆塔（未变形、无裂纹等）等为巡视主体；故障巡视则重点检查输电线路是否在运行中存在倒塔、污闪、冰害等不良故障。

特殊巡视是指针对雷击区、山火区、风害区等特殊地区予以巡检；监察性巡视则要求运维人员以2次/年逐条线路或逐区进行检测。后者是对输电线路运行状态展开巡检，包括评估杆塔锈蚀情况、基础沉降量、防雷设施连接安全性等，多以设备隐患和设备状态评估和线路安全评价作为工作重心。

1.2 维修与防范

维修和防范也是输电线路运行维护常见内容，即针对上述检测到的故障问题进行修复处理，并满足既定维修标准。例如，紧固杆塔螺栓时，应每年至少紧固一次，且冰区输电线路六年紧固两次左右，绝缘子每1年或每3年清扫一次等。至于输电线路防范工作具体以火灾预防、外力破坏防范为主。只有深度落实上述运维内容，才能进一步优化输电线路运行状态，为减轻当下运维人员工作压力，可以考虑以智能化运维技术明晰运维创新思路，善于依靠智能技术改良输电线路运维条件。

2 某公司输电线路智能化运行维护技术作用

促进安全运行。输电线路智能化运维技术的有效应用，实则为了进一步促进输电线路的安全运行，所以要求所运用的新技术务必满足安全性标准。鲁杰等人[1]提出在输电线路运维工作中采用无人机巡检技术，与传统人工巡检方式比较，既能预防运维人员遇险，又能使巡检效率提升600%甚至是1000%，表明智能化运维技术可有效为运维人员创造安全环境，并且有增效价值。对此，智能化运维技术的应用选择务必为输电线路的安全运行和人员安全作业给予可靠助力。

满足电力建设。智能化运维技术还能满足电力建设实际需求，包括提出明确的输电线路建设路径、汇总输电线路运行信息等，便于电力工程在该技术导向下全方位把控工况，既能提高工程资源利用率，又能助力电力工程高质量建设。

贴合结构特征。智能化运维技术的应用，能有效提高实际建设成果与输电线路结构特征的贴合度。以特高压输电线路为例，具备500kV的导线应力强度和20m以上的杆塔排列间距，且多设于新疆等高海拔区域，面对如此复杂的运行环境，智能化运维技术刚好可以弥补人工运维方法的缺陷。

综上所述，输电线路智能化运维技术确实具备突出作用，可充分满足智能化运维发展方向，应从高新技术中优选智能技术助力运维人员完成智能化运维转型任务，提升输电线路运维有效性。

3 输电线路智能化运行维护技术要点

3.1 无人机巡检技术

输电线路运维工作中应用智能化运维技术时，普遍采用无人机巡检技术，依靠无人机巡检系统代替运维人员开展运维作业。正如承德电网早在2019年就开始应用无人机巡检系统采集巡检数据，且无人机巡检作业路段长度已达到2000km，其中80%以上已实现智能化运维管理。在应用无人机巡检技术时，承德电网往日已先后采集数万张运维缺陷影像。通过从该实际运用成果中汲取应用经验，在输电线路智能化运维作业环节，还应当严格控制安全距离，这一点也是为了满足安全运维基础要求（见表1）。

表1 无人机巡检系统结构组成情况

以220kV输电线路为例，为验证无人机巡检系统运行中所用无人机装置距离输电线路距离的安全水平，应当利用仿真分析法建立输电线路仿真模型，以89.5kV、800A作为仿真模型导线电力参数标准，预计输电线路（33.6mm直径，碳纤维材质）上相、中相以及下相导线相距地面分别为63.7m、52.5m、42m，且电导率设置为100S/m，真空磁导率1。此时，在线路安装后保持0电位，并对仿真模型分别按照不同安全距离进行飞行，观察在无人机巡检距离（r）变化中，其表面电场强度变化规律，随即以下述公式计算磁感应强度（B），选择该数据较小的距离作为安全距离，其仿真分析结果见表2。

表2 无人机装置与输电线路不同间距下表面磁感强度变化情况

由于电场强度低于10kV/m，易减弱杆塔等相关配件性能，因此在选择外侧上方进行巡检作业时，从中得知在无人机装置与输电线路保持4.5m间距时，即可维护运维安全，且不会干扰输电线路配件性能，并且需要注意的是，B高于200μT方能引发不良风险，因此应根据输电线路实际电流、电压具体数值判定最适宜的安全距离，促使无人机巡检系统为运维工作给予可靠指引：，式中：μ0、I、d（l）、xr、r分别表示的是真空磁导率、电流、磁力线方向、差积、无人机与输电线路间距。

3.2 带电作业检测技术

3.2.1 带电作业优化技术

除了可以安装无人机巡检系统使用无人机装置完成运维任务外，还可实现带电作业。输电线路运维工作中应用带电作业技术实现智能化运维操作，其中在带电作业环节，应当先行从电容参数层面提出改进建议，以期提高带电作业智能化水平。

具体可以根据导体静电系统储存总静电能量（W）变化结果掌握带电作业中导体电荷分布规律：，其中：E、D、dV、ui、qi表示的是电场强度矢量、电通密度、积分最小单元、第i个导体对地电压及所带电荷。经过研究发现随着电位转移距离的逐渐增加，此时转移电流也随之升高，与原有三导体系统比较，进行电容改进后的四导体系统显然转移电流量更高，因而应用带电作业检测技术时，应当加强转移电流综合分析，特别是特高压输电线路，务必注重电容参数的优化调节，做好带电作业防护工作[2]。

3.2.2 带电作业巡检机器人

关于巡检机器人的使用，主要是在传统人工吊装上下线之上依靠行走臂架、上升卷线等传动机构体现自动化运行特征。在机器人带电作业条件下，能够朝着输电线路运维工作路径，按照既定方向实施自动化运行维护，继而在等电位原理下完成指定工作计划，此时要求巡检机器人与导体保持紧密连接。

为验证巡检机器人在带电作业场景中的应用可行性，同样需要依靠仿真分析法构建输电线路仿真模型，在模拟电场强度时，可在等效电荷法指引下以下列公式布置电荷矩阵：U=ηρ，式中：U、η、ρ各自代表输电线路上导线电压、电荷密度列矩阵、等效电位系数、自电位系数与互电位系数方阵。同时，也要在高斯定理下推算出输电线路电场强度分布规律，假设位于i导线位置上的某一坐标点P（xi，yi），其合成电场强度（Ep）即可以公式求值：Ep=（Epx2+Epy2）1/2。

此时，可从中判定巡检机器人在爬升环节所处电场环境，并且按照500ms采集巡检机器人携带传感器偏航角等相关数据时，还要加强巡检机器人抗电磁保护，即使用坡莫合金材质的电控箱以及24V，10Ah的锂电池，此时可在该结构下降低巡检机器人的电磁干扰性。选用巡检机器人进行带电作业时，还要保证各配件机构参数的合理配置。比如，可以选用150W功率，6A额定电流，24V额定电压的MaxonRE40行走轮；100W，6.03A，24V的MaxonEC22行走臂收放机构，同时要求在60℃以下温度环境下运行该机器人。配备的编码器等元件，也要尽量选择增量式编码器，此时即可优化巡检机器人运维工作成效。

为获取全方位运维影像，巡检机器人上也要配备摄像机，多以45±5mA工作电流，≥50dB的信噪比和-40℃至105℃温度标准的SONY800摄像机为首选，确保在巡检机器人辅助下运维人员能高效完成带电作业检修任务。

3.3 故障智能检测技术

输电线路智能化运维工作还可应用故障智能检测技术，实则是指借助故障检测设备对输电线路周围环境参数予以实时监测，包括环境、风速等，均可从智能检测设备反馈结果中知晓当下输电线路运行状态，一旦存在缺陷或安全隐患，可及时安排人员予以修复，便于提升输电线路运行质量，提高运维资源利用效率。

一般情况下，故障智能检测技术可应用于区外故障和区内故障两个范围，做好故障分区划分后，即可结合输电线路电压指标波动状况判断是否存在故障问题，多需要先行启动元件，因输电线路遇到故障后将快速呈现“高速降压”现象，因此若采样前后时间点对应的电压值超出阈值标准，则认定当前输电线路有故障，此时可对智能检测设备中元件故障进行分类[3]。

如若行波电流弯曲度偏小，且具备等效弹性行波反应，则为区内故障，泛指为区外故障。此技术实际应用环节往往能够构建智能化闭环检测体系，即按照采集数据→判断启动元件是否合乎条件→满足条件后计算行波电流及弹性系数→区分故障类型（|E|），在|E|≥1时视为区内故障，反之为区外故障，若为区外故障则继续采集数据重新评估相关参数：，式中：|E|、I’f1、I’f2、I’f分别代表弹性系数、两个部分行波电流平均值和行波电流。以此为标准即可判断故障类型。

待应用故障智能检测技术区分好故障类型后，随即实现逻辑信号的准确传递，致使故障智能检测环节所用断路器等配件，能顺利根据实际检测结果做出反应，执行断开动作后可以促使输电线路在智能检测过程中得到有效保护，之后组织相关人员前往现场，针对标记好故障点位信息的输电线路故障部分予以处理，确保输电线路在上述多项智能化运维技术辅助下得到可靠且持久性安全保障。

综上所述，输电线路运行维护多涵盖巡视、检测、维修、防范工作内容，而运用智能化运行维护技术，实则为了促进输电线路安全运行，满足电力工程建设需求，充分贴合电网结构特征，因而应有效利用无人机巡检技术、带电作业检测技术、故障智能检测技术改善输电线路运维条件，致使在智能化运维环境下增强运维实效性，为电力运维人员提供新方向，致使输电线路始终保有优良状态。