武 艷，鄭亞利

（洛陽師范學(xué)院，河南洛陽 471000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及工業(yè)自動化水平日益提高，設(shè)備之間在生產(chǎn)過程中的聯(lián)系越來越密切；某一設(shè)備出現(xiàn)故障不僅僅影響到設(shè)備本身，而且會影響到整個系統(tǒng)的工作狀況，其造成的危害和經(jīng)濟(jì)損失將是十分巨大的[1]。這就對設(shè)備的可靠性及維修水平有了更高的要求。

特別是架空線路跨越地域廣闊，易受環(huán)境、地形和氣候的影響；其故障率較高，對電網(wǎng)可靠性有著直接的影響。對架空線路進(jìn)行故障類型統(tǒng)計并對其進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的維護(hù)策略，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 架空線路統(tǒng)計方法和主要可靠性指標(biāo)

架空線路的各種指標(biāo)統(tǒng)計一般以百公里為單位進(jìn)行統(tǒng)計。同一電壓等級多條線路綜合指標(biāo)是按單條線路的百公里長度進(jìn)行加權(quán)平均得到的。單條輸電線路主要可靠性指標(biāo)有很多，但最為重要的有以下指標(biāo)，如計劃停運(yùn)系數(shù)、非計劃停運(yùn)系數(shù)、可用系數(shù)、故障率、非計劃停運(yùn)率、強(qiáng)迫停運(yùn)率等[2]。其中，最為常用的指標(biāo)為故障率。

2 架空線路故障統(tǒng)計與特點(diǎn)

為了分析架空線路的故障特點(diǎn)，對某電力公司管轄權(quán)內(nèi)2019—2021 年10 kV 架空線路發(fā)生故障進(jìn)行統(tǒng)計與分析，具體故障次數(shù)與引發(fā)故障原因的分類統(tǒng)計見表1。

表1 2019—2021 年線路故障類型次數(shù)統(tǒng)計 次

線路故障的位置既可能發(fā)生在導(dǎo)線上，也可能發(fā)生在引下線、金具、桿塔和絕緣子等其他元件上。而且架空線路的故障主要由外部因素和運(yùn)行時自身故障引起。對于外部因素來說，由于架空線路都為裸導(dǎo)線，線路所有元件都暴露在空氣中，所以受到氣候、環(huán)境等因素的影響較大；雷擊導(dǎo)線和桿塔、樹枝跨接裸導(dǎo)線、車輛碰撞桿塔、臺風(fēng)破環(huán)等都可以引起線路故障；而人為偷盜和破壞引起的線路故障也需要引起重視。對于自身運(yùn)行因素來說，絕緣子清污不及時引起的閃絡(luò)故障、線路松脫引起的斷線故障、線路弧垂過大引起的短路故障、線路老化引起的短路故障、線路長時間過載引起的斷線故障以及引下線斷線等都是線路較為常見的故障因素[3]。

同時，在線路實(shí)際運(yùn)行中，由于線路會受到氣候影響，氣候有具有一定的季節(jié)性和周期性，從而導(dǎo)致某些時間線路故障次數(shù)較少，而某些時間線路故障次數(shù)較多，即其故障次數(shù)與時間分布有著一定的聯(lián)系；為了展現(xiàn)10 kV 架空線路故障率與時間之間的關(guān)系，按月份將10 kV 架空線路故障次數(shù)做詳細(xì)統(tǒng)計。2019—2021 年具體故障次數(shù)見表2。

表2 線路故障按月次數(shù)統(tǒng)計 次

10 kV 架空線路發(fā)生故障的原因具有一定的規(guī)律可循，由統(tǒng)計結(jié)果來看具有以下特點(diǎn)：①斷線及短路故障是架空線路最常見的兩種故障類型，它們的發(fā)生次數(shù)基本相當(dāng)，基本各占50%；②線路的引下線斷線故障是線路斷線故障的主要原因，線路絕大多數(shù)斷線故障都是由引下線斷線引起的；其次是雷電引起的斷線故障和車輛碰撞等原因引起的斷線故障占少數(shù)；③樹枝跨接裸導(dǎo)線引起的短路故障和線路老化引起的短路故障占短路故障的絕大多數(shù)份額，線路接地故障引起的短路故障其次；④線路元件導(dǎo)致線路故障大都具有隨機(jī)性，不具有明顯的規(guī)律性。其中，金具故障是主要原因，其每年會發(fā)生2 次左右；絕緣子閃絡(luò)引起的瓷瓶擊穿有明顯的增長勢頭；水泥桿故障次數(shù)較少，但也有增長的趨勢。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，10 kV 架空線路的月故障次數(shù)分布如圖1所示。

圖1 線路的月故障次數(shù)分布

由10 kV 架空線路的月故障次數(shù)分布對比關(guān)系，可以得出架空線路故障呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：①每年各月發(fā)生故障次數(shù)雖有所不同，但具有一定規(guī)律性，其中7～8 月一般發(fā)生故障次數(shù)較多；②一般1 月、2 月、9 月、11 月、12 月發(fā)生故障次數(shù)較少；③故障發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢，2021 年大部分月份故障次數(shù)較往年多；故障增多的原因集中在雷電引起的短路和斷線故障、引下線接觸不良和絕緣子閃絡(luò)擊穿。

3 10 kV 架空線路故障率統(tǒng)計

經(jīng)過3 年的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并根據(jù)上述架線路故障率公式可以計算出該區(qū)域架空線路故障率見表3。表4 進(jìn)一步對常見的故障原因所引起不同類型的架空線路故障率進(jìn)行統(tǒng)計，以便得出10 kV 架空線路的月故障次數(shù)分布對比關(guān)系，進(jìn)而為檢修策略分析和優(yōu)化提供詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表3 10 kV 架空線路故障率統(tǒng)計

表4 10 kV 架空線路主要故障原因引發(fā)的故障率分類統(tǒng)計

4 架空線路的故障模式后果分析

4.1 架空線路斷線故障

斷線故障是線路較為常見的故障之一。線路斷線故障發(fā)生最多的是單相斷線和兩相斷線故障。斷線故障雖然沒有短路故障嚴(yán)重，但若持續(xù)時間長，斷線接觸其他地方可能發(fā)展為短路故障，容易產(chǎn)生間歇性電弧造成火災(zāi)；所以查明斷線故障的主要原因是十分必要的。

經(jīng)統(tǒng)計得知，斷線故障的主要原因有：①風(fēng)荷載過大，使得線路受到的應(yīng)力超過了允許范圍，造成裸導(dǎo)線斷股，進(jìn)而發(fā)展為斷線故障；②覆冰厚度過大，使得導(dǎo)線承受的應(yīng)力過大導(dǎo)致導(dǎo)線斷線；③線路腐蝕現(xiàn)象引起的斷線故障。線路多為鋼芯鋁絞線，鋁絞線裸露在空氣中，若氣候等因素影響產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，產(chǎn)生的臭氧首先腐蝕線路外表面的鋁線，使得線路截面變小、電阻變大，這樣容易產(chǎn)生較大的熱量進(jìn)一步產(chǎn)生氧化作用，最終導(dǎo)致斷線故障。另外，空氣中存在大量的水分子，在線夾處容易銹蝕，從而引起斷線故障；④導(dǎo)線長期過負(fù)荷運(yùn)行，引起導(dǎo)線發(fā)熱加速導(dǎo)線氧化、生銹引起斷線故障；⑤雷雨天氣，雷擊導(dǎo)線雷電流過大引起的斷線故障。

4.2 架空線路短路故障

短路故障是線路較為常見且較為嚴(yán)重的故障形式。相與相、相與地（含桿塔和地線）之間的非正常連接都可以造成短路故障。在短路形式中，三相故障后果最為嚴(yán)重但發(fā)生的概率較??；相間短路故障較為常見，而且短路電流較大，使得導(dǎo)線急劇發(fā)熱，容易燒斷導(dǎo)線，造成較為嚴(yán)重的后果；由于系統(tǒng)35 kV 及以下電壓等級大都采用非有效接地方式，所以10 kV 單相短路故障產(chǎn)生的短路電流雖然不大，但會使得系統(tǒng)電壓提高到正常時的1.732 倍，容易造成絕緣擊穿進(jìn)而形成其他形式的短路故障造成嚴(yán)重后果[4]。

導(dǎo)線短路故障的主要原因如下：①氣候、環(huán)境等原因，架空線路在最高溫度的氣象條件下弧垂一般為最大，若遇到大風(fēng)導(dǎo)致導(dǎo)線搖擺相互接觸碰撞，會導(dǎo)致相間短路故障；雷電天氣，若雷擊導(dǎo)線或桿塔會形成單相或多相短路故障；下雨天氣，樹枝若觸碰導(dǎo)線形成導(dǎo)電通道會造成單相或多相短路故障；②人為操作不當(dāng)，如在維修作業(yè)后未及時拆除地線，造成單相短路故障；違規(guī)在線路下方進(jìn)行高空作業(yè)，使機(jī)械臂觸碰導(dǎo)線造成單相或多相短路故障；③外力引起的短路故障，如由于大風(fēng)、車輛碰撞所致桿塔傾斜、倒塌等；④絕緣子老化造成的短路故障，如絕緣子未及時清理或損壞造成的閃絡(luò)、絕緣子在內(nèi)部過電壓或外部過電壓的影響下絕緣擊穿。

5 架空線路故障查找與檢修策略評估

檢修方式中，由于導(dǎo)線故障特點(diǎn)決定定期檢修不適合導(dǎo)線的日常修護(hù)和維修，其維護(hù)主要依靠巡檢；預(yù)防性試驗(yàn)只適用于導(dǎo)線的部分元件，如套管和線夾損壞、連接松動等，其應(yīng)與線路停運(yùn)相配合以減少停運(yùn)時間。巡檢主要具有兩種方式：一是觀測，二是利用設(shè)備巡檢。

采用觀測方法可以發(fā)現(xiàn)的線路故障主要有以下5 種：①桿塔故障。桿塔傾斜、腐蝕生銹、連接部件脫落、松動，桿塔接地線腐蝕斷線；②地線和導(dǎo)線斷線故障以及弧垂過大等異常；③絕緣子和金具故障。如絕緣子破裂、爬電燒毀、積污嚴(yán)重等；金具松動、損壞、變形和過弧現(xiàn)象，金具發(fā)生電暈現(xiàn)象等；④外界破壞或樹枝搭接等現(xiàn)象。采用設(shè)備巡檢時，一般利用望遠(yuǎn)鏡、無人機(jī)和可帶電工作的非破壞性設(shè)備進(jìn)行。如望遠(yuǎn)鏡和無人機(jī)可以發(fā)現(xiàn)地線或?qū)Ь€斷線、燒斷等故障；火花間隙絕緣子測試桿可排查出零值絕緣子；紅外成像設(shè)備可檢測導(dǎo)線或連接金具發(fā)熱、過熱等問題；脈沖式接地測試儀可通過檢測接地線電阻從而判讀接地裝置是否正常。

隨著科技的發(fā)展，線路檢修方式和設(shè)備也越來越先進(jìn)。如帶有傳感器的自走式診斷設(shè)備可準(zhǔn)確檢測導(dǎo)線損傷、金具損壞和絕緣子積污等情況；絕緣子在線檢測技術(shù)也日益成熟，其可實(shí)時檢測絕緣子狀態(tài)。但是由于絕緣子故障頻率低、劣化過程周期較長，同時采用該技術(shù)成本較高，在配電網(wǎng)中采用該技術(shù)性價比較低，不適合大范圍使用只在重要或污染嚴(yán)重地區(qū)選擇性采用[5-6]。

6 結(jié)束語

通過對10 kV 架空線路的故障情況按照不同的形式進(jìn)行統(tǒng)計，并計算分析出不同類型故障的故障率，易于顯示架空線路產(chǎn)生故障的原因、故障規(guī)律以及它們的特點(diǎn)，為電力設(shè)備檢修和維護(hù)人員掌握線路故障情況并開展相應(yīng)檢修工作提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。