电力输配电线路中故障排除技术研究

摘要：电力输配线是现代电力系统中不可或缺的一环，它的稳定运行直接关系到电力系统的可靠性，然而，输电线路分布广，所处环境复杂，受自然条件及人为因素影响，线路故障已成为电网运行面临的主要问题之一。故障轻则停电，重则设备损坏，经济损失，甚至危及人身安全。因此，如何快速准确地排除输电线路故障，保证电网安全稳定运行，已成为电力工作者迫切需要解决的重要课题。

关键词：电力系统输配电线路故障排除故障类型

中图分类号：TM75

ResearchonFaultTroubleshootingTechnologyinPowerTransmissionandDistributionLines

LIUChaoWANGHua

JinanChangqingDistrictPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’nan，ShandongProvince，250000China

Abstract：Powertransmissionanddistributionlinesareanindispensablepartofmodernpowersystems，andtheirstableoperationdirectlyaffectsthereliabilityofthepowersystem.However，transmissionanddistributionlinesarewidelydistributed，locatedincomplexenvironments，andaffectedbynaturalconditionsandhumanfactors，linefaultshavebecomeoneofthemainproblemsfacedbypowergridoperation.Faultscanrangefrompoweroutagestoequipmentdamage，economiclosses，andevenendangerpersonalsafety.Therefore，howtoquicklyandaccuratelyeliminatetransmissionlinefaultsandensurethesafe andstableoperationofthepowergridhasbecomeanimportantissuethatpowerworkersurgentlyneedtosolve.

KeyWords：Powersystem;Transmissionanddistributionlines;Troubleshooting；Faulttype

近年来，随着科学技术的迅速发展，输电线路故障检修技术也有了长足的进步，现代排障技术已由传统的人工巡检、简单测量向先进的监控设备、智能算法等方向发展。不仅可提高故障处理的效率与精度，而且可以极大地降低停电时间，降低了经济损失。所以，探究电力输配电线路中故障排除技术有着重要意义。

1电力输配电线路的重要性

电力输配线是电力系统中最重要的一环，担负着从发电厂向用户端输送电能的重任，电力输配电线路的可靠与高效，对整个电网的稳定与经济运行有着重要的影响。一条高效的输电线可以使输电过程中的电能损失降到最低，从而提高电能利用率，减少能耗，减少环境污染。同时，对输配电线路进行优化设计与科学管理，能够有效地提高电网抵御风险的能力，保证供电的连续性与稳定性[1]。输配网布局与性能直接影响城乡用电服务品质，进而影响全社会生产效率与生活品质，高效率的电力输配系统是保障社会正常供电、保障各种基础设施正常运行的重要手段。

2电力输配电线路常见的故障类型

2.1短路故障

短路故障是由线路之间绝缘损坏或外力作用引起的非正常电流流动，短路故障主要表现为电流突增、线路过热、设备损坏等。短路时，电流迅速增大至正常值数倍至数十倍，使保护装置迅速动作，切断电源，避免进一步损坏。短路故障不仅严重损害电力设备，而且可能引发火灾等重大安全事故。

2.2接地故障

接地故障是指在相线和接地之间形成异常电流通路，一般由线路绝缘损坏或设备故障造成，接地故障主要表现为接地电流的增加和接地电压的增加。接地故障不仅会造成设备外壳带电，危及人身安全，还可能导致电网失稳，影响电能质量[2]。当发生接地故障时，保护装置能及时发现异常情况，快速切断故障线路，避免事故扩大、设备受损，相对于短路故障而言，接地故障的危害性要小得多，但由于其频发，对电网的稳定运行造成了极大的威胁。

2.3断线故障

断线故障是指在输电线路上，由于导线的断裂或脱落而造成的电流中断，断线故障主要表现为电压骤降和负荷供电中断等，由于自然因素（如大风、冰雪等）、机械损坏或线路老化等原因，导致线路的断线。断线故障将导致电网电压波动，造成大范围停电，严重影响用电户的正常用电，同时，线路断裂也会引发电弧，引发火灾等二次灾害。

2.4过载故障

过载故障是指线路电流超出设计值而引起设备与导线过热的一种现象，过载故障主要表现为导线温升高、绝缘加速老化、设备损坏等，过载故障一般由负荷增大，电流分布不均匀或线路设计不合理引起，长时间过负荷运行不仅会缩短设备寿命，还有可能造成绝缘损伤，引发短路、接地等故障。

3电力输配电线路中故障排除技术应用

3.1故障定位技术

故障定位技术在电力输配电线路中的应用具有重要意义，对故障点进行准确、快速的定位，可提高检修效率，缩短停电时间，保证电网的稳定运行。故障指示器是一种安装于输电线路上，能对线路进行实时监测的装置，当线路出现故障时，故障显示器将以指示灯或无线信号通知维护人员故障所在。以某城市电网220kV输电线路为例，对其进行故障监测，当一次线路发生接地故障时，故障显示器上的指示灯立即亮起，表明故障地点距变电所12km[3]。维修人员可根据这些信息迅速赶往事故现场，发现是一棵倒下的大树造成了线路的短路，由于故障指示及时，整个检修过程只花了1h，停电时间大为缩短。故障测距技术是通过测量线路中的电压、电流、阻抗等电参数来确定故障点。常用的测距方法有两种，一种是阻抗测距，另一种是波反射测距。例如：一条长约50km的高压输电线发生短路故障，根据故障测距原理，采用波反射测距法对故障点进行测量，可得到距变电站35km左右的故障点。在实际检修过程中，检修人员找到了离变电站34.8km远的一处由绝缘子破裂引起的短路故障，故障测距机的测量误差在20m以内，并且具有很高的精度。另外，热像探测是一种利用红外热像对线路各部分进行温度分布监测的技术，例如：某电力企业对500kV线路进行例行巡视，利用红外热像仪检测到线路某一区段出现异常升温现象，最高温升高达85℃，而正常情况下该线路温度低于60℃，维修人员据此判断，该部位有可能出现绝缘破损或连接松动的情况。通过对该线路的详细检查，发现该线路的一个连接点因长时间运行而接触不良，从而引起了局部过热，所以利用红外热成像技术，及时发现和排除了隐患，避免了重大事故的发生。

3.2在线监测技术

在线监测技术是一种先进的故障预警与诊断方法，可有效提高输电线路运行的可靠性与安全性。绝缘在线监测是一种通过监测绝缘电阻变化来预测绝缘损伤程度的方法，绝缘电阻是电缆绝缘性能的一个重要指标，对其进行实时监测可以及时发现其老化和损坏状况。例如：高压输电线的正常绝缘电阻应该维持在1000MΩ以上，当在线监测系统发现绝缘电阻低于500MΩ时，可能是绝缘层发生故障，应立即检修，而绝缘在线监测系统通常采用电桥法或直流法来采集数据，然后将数据传送到监控中心，供操作人员进行分析与决策[4]。张力在线监测系统能实时监控导线、地线张力，防止因张力异常而造成断线故障，导线、地线的张力对线路的安全运行起着至关重要的作用，特别是在恶劣天气条件下，其张力的变化更为明显。在导线、地线上安装张力传感器，可实时采集导线、地线的张力数据。另外，通过对线路及设备温度的在线监测，可以有效地防止因过热而引起的故障。温度是电力设备运行状态的一个重要参数，过高会使设备绝缘老化、接触不良、严重时会引起火灾，该系统采用温度传感器对线路及设备进行实时温度测量。

3.3巡检机器人

电力输电线巡检机器人的应用，提高了故障诊断的效率与精度，在高压输电线路、复杂地形地区，传统的人工巡检方式耗时耗力，且存在较大的安全隐患，巡检机器人，尤其是空中巡检机器人，为实现高效率、高安全性和智能化提供了新的途径。在高压输电线路巡检中，无人机的应用日益广泛，无人机可搭载高清晰度摄像机、红外热像仪和激光雷达等多种传感设备，可在短时间内完成大量线路巡视。无人驾驶无人机可在数公里长的高压输电线上空飞行，并利用高清摄像机实时传输图像，将线路出现的故障及隐患及时反馈给地面指挥中心，配合红外热成像技术可对线路热点进行探测，激光雷达可对线路进行三维建模，使工程技术人员能更准确地判断故障的位置及性质[5]。例如：DJIMatrice300RTK无人机，其最大飞行时间是55min，最高飞行速度是23m/s，最高飞行高度是5000m，其搭载的ZenmuseH20T多光谱摄像机可实现红外热像仪640×512像素、可见光20倍光学变焦、高精度测距等功能。而地面巡检机器人，更适合在复杂地形、高风险地区进行巡检，这类机器人一般具有较强的越障能力、自主导航能力，可以在无人值守的条件下进行长期巡视，地面巡检机器人能够在输电线的底部行走，实现对输电线路的近距离巡视，配备高清晰度摄像机及各种传感器，可实现对线路、塔体及地面的精细观测与数据采集。地面巡检机器人在复杂地形如山地、森林等环境下能够发挥其独特的优势。

3.4自动化保护系统

在现代电力系统中，采用自动保护装置可以有效地提高输配电线路的安全可靠运行，对故障进行快速识别、定位和隔离，避免故障扩大，缩短停电时间，保证供电连续稳定。继电保护装置主要安装于变电站及输电线路上，是自动保护系统的重要组成部分，继电保护装置对电力系统中的电流、电压和频率等参数进行实时监控，并与设置的保护定值进行比较，当检测到诸如短路、过电流、过电压等异常情况时，可以快速地下达命令，切断故障区域的电源，避免故障进一步扩大，针对110kV线路，提出了一种新的保护方式，即距离保护，差动保护，过流保护。距离保护装置根据故障点与保护装置之间的电气距离来判断故障位置，设置阻抗可调节保护范围及灵敏度，例如：对110kV线路而言，为了保证故障发生时能及时切断电源，可设置距离保护的阻抗为线路阻抗的80%～90%，差动保护装置是根据保护范围内的电流差进行判断的，适用于重要设备如变压器和母线的保护[6]。在电力系统中，很多故障都是瞬间发生的，如短时接地故障和雷击等，此时快速恢复供电可大大缩短停电时间。当出现故障时，自动重合闸装置首先切断电源，故障解除后，自动重合闸动作，恢复供电，以35kV配电网为例，其重合闸时间一般在0.3～0.5s，重合次数一般在1～3次之间。例如：在雷雨天气，35kV配线因雷击而发生瞬间短路故障，当检测到故障时，线路自动重合闸装置快速切断电源，0.4s后进行首次重合闸操作，因故障已经消失，重合闸成功，线路恢复供电，停电时间只有0.4s，极大地降低了用户停电感受。

3.5故障断点识别

在电力输配电线路中，及时发现故障并精确定位是保证供电安全、稳定的关键，快速准确地定位故障点，缩短故障处理时间，提高供电可靠性，是电力系统维修的关键技术。脉冲反射法是一种常用的故障断点识别方法，其基本原理是将高电压脉冲信号发送到故障线路上，通过测量信号间的时间差来判断故障点的位置。该方法首先利用高压脉冲发生器将高压脉冲送到故障线路上，使线路在到达故障点后产生回波；此外，利用高频取样装置，记录回波的时差，再结合线路的传播速度，推算出故障点的位置。

4结语

电力输配线路故障排除技术的不断开发与应用，不仅能提高电网的可靠性与稳定性，而且能极大地降低停电时间，降低经济损失。电力企业利用先进的检测设备及智能监测系统，可快速查找故障点，采取相应措施，保障供电安全。未来，随着物联网、大数据、人工智能等技术的深入融合，实现更高精度、更高效率的故障排除，为电力工业智能化、现代化建设提供有力支撑。

参考文献

[1] 杨佳澄.含碳捕集的能源电力系统互补运行优化及效率评价研究[D].北京：华北电力大学（北京），2023.

[2] 张婷.新型电力系统混合储能方案优选及优化配置模型研究[D].北京：华北电力大学（北京），2022.

[3] 张荣纬.基于级联网络的输电线路元件的检测与分割研究[D].南宁：广西大学，2023.

[4] MARCOSN，VENKATK，ZHANGYC，etal.Measurementplacementinelectricpowertransmissionanddistributiongrids：Reviewofconcepts，methods，andresearchneeds[J].IETGeneration，Transmission&Distribution，2021，16（5）：805-838.

[5] 雍世雄，靳程越.电力输配电线路的运行维护与故障排除[J].自动化应用，2023，64（S2）：166-168，171.