输电线路杆塔接地状态在线监测技术研究

输电线路杆塔接地状态在线监测技术研究

1 童文华 2 王鑫

1 无锡市广盈电力设计有限公司 江苏省无锡市 214001 2 无锡供电公司 江苏省无锡市 214001

摘要：输电线路是电力系统的重要组成部分，其能否安全有序运行重要影响着电力系统供电的稳定性。近年来我国输电线路传输不论是容量还是总长度均不断增长，由此很大程度上加大了巡视及检修输电线路等相关运行的管理难度，基于此，便要求提高管理输电线路的自动化水平。现阶段我国国家电网建设中便尤为重视输电线路状态在线监测系统的建设，通过建设出可实现自动化、智能化的输电线路状态在线监测系统，有助于保证输电线路在引发故障时可及时找出问题、解决问题，提高输电线路管理质量效率，促进输电线路的安全有序运行。

关键词：输电线路；杆塔；接地状态；在线检测

引言

采用人工方式监测输电线路杆塔接地状态时，存在测量时间较长，无法及时监测故障点的弊端，因此研究一种输电线路杆塔接地状态在线监测方法。分析输电线路杆塔接地在线监测原理，获取故障发生时接地电位与入地电流，修正不同形状接地装置，利用平均电位求出输电线路杆塔接地电阻，再计算加入埋深与降阻剂的输电线路杆塔接地装置电阻，以及考虑4个基础接地电阻并联得到的最终接地电阻；故障检测器中设定电流数值，若通过该输电线路杆塔工频接地电流比设定电流大，则故障指示器提示故障，接地电流短路时，依据差动电路原理通过传感器确认故障杆塔位置。

1输电线路状态在线监测技术

输电线路状态在线监测技术，即为引入各式各样先进的监测方法，设计出可靠适用的输电线路在线监测系统，对输电线路予以实时动态监测，保障技术人员可实时掌握输电线路当下运行状况，并有效发现及解决各种故障隐患，促进输电线路的安全有序运行。输电线路状态监测系统基本结构主要由状态采集终端、状态信息传输网络以及监测中心等组成^[1]。

2输电线路杆塔接地在线监测原理

输电线路杆塔接地出现故障情况，流向输电线路杆塔接地装置短路电流形成接地电位，公式为：

UD=(Imax-Iz)(1-Mn)R

式中：Imax表示故障点接地最大短路电流；Iz表示故障点未通过接地装置流回电源时电流；Mn与R分别表示分流系数与接地电阻。由式（1）可以得出，当故障电流通过接地装置经输电线路杆塔流向大地时，输电线路杆塔接地电位因接地电阻而升高^[2]。输电线路杆塔的接地电位升高与电阻在入地短路电流不变时呈正比增长，即杆塔节点电位随着电阻的增大而升高，杆塔节点电位随着接地电阻的减小而降低。输电线路杆塔接地电位随着入地短路电流值的变化而变化。入地短路电流公式为：

ID=EfIg（2）

式中：Ef为故障延时系数；Ig为额定对称入地故障电流。对称接地故障电流在接地网与土壤中存在电流称为对称接地网入地电流，公式为：

Ig=KfIf（3）

式中，If与Kf分别表示对称接地短路电流最高值和分流系数。由式（3）可知，对称入地故障电流值过高会引起输电线路杆塔接地地位过高。输电线路杆塔接地电极形状各异，因为接地体互相存在屏蔽效果，所以同样长度接地体的接地电阻大小随着接地装置形状不同而有所变化。接地电阻在接地装置形状不同时修正公式为：

R=ρ2πL()ln L2hd+I（4）

式中：L与h表示接地装置总长度与埋深；d与ρ表示接地装置直径与形状系数。由式（4）可知，接地形状直接影响其接地电阻，所以为降低接地电阻，不同的输电线路杆塔应选择最优形状的接地装置。设输电线路杆塔基础接地装置为边长等于a的六面体结构，其横截面可设定为半径为0.64a的圆形。该输电线路杆塔电流密度矢量公式如下：

ε=limΔS→0ΔIΔS=dIdS=dqdt·dS（5）

式中，设输电线路杆塔中电流密度ε矢量方向与横截面S垂直，那么空间中点电荷dq在随机点电位公式为：

du=dq4πβr（6）

式中，r表示点电荷至随机点间距。当接地装置为2rL的圆柱体时，设电极存在于电介质内，该装置电流密度公式如下：

ε=I2πrL（7）

接地电阻与埋深有一定关系，需要将地表影响考虑进计算内，通过镜像法将接地装置地面镜像设为空间中电阻率等于ρ的电流源，具体如图1所示。

3输电线路状态在线监测系统建设

3.1系统总体架构

为了利用好各供电企业原有投资及建设成果，缩减原本系统接入的改造成本，进而完成合理衔接，新建输电线路在线监测系统尽可能依托原本系统较上层环节集中接入的技术手段，在系统建设起始阶段，以尽可能小的成本维持系统运行。依据行业相关规范标准，将系统总体架构划分成装置层、接入层以及主站层三大层级。同时，结合输电线路状态监测需求及系统信息组织模式，依据不同功能将系统划分成CMA客户端、CAG客户端以及主站系统三大子系统。

3.2数据通道建设

因为输电线路在线监测系统设置环境较为恶劣，且分布范围广、数量众多，因而如何保障监测数据的有序传输，是系统建设所需解决的一项重要课题。现阶段还未有现成的通信系统可适用于监测数据的搜集及传输，即便可借助大量技术以实现数据传输，然而还存在一些技术环节有待完善；如今可引入的通信技术尤为丰富，基于此，应当依据装置与网络资源的实情，推进输电线路在线监测装置数据通道的建设，输电线路在线监测系统数据通道。输电线路在线监测系统依托无线通信方式向不同地区输电工区CMA传输监测数据，工区CMA经由数据网接入点及主站系统CMA IP完成数据传输，状态监测主站系统与信息接入网关机依托数据网络实现交互。状态监测主站系统作用于接收及分析CMA传递的监测数据，并辅助完成主站系统对监测装置发出的控制指令。

3.3主站系统硬件结构

输电线路在线监测主站系统硬件主要由数据库服务器和应用程序服务器组成。于操作员工作站运行客户端层，并同时实现设备基础信息管理、状态预警等功能；输电线路在线监测主站系统依托防火墙、网关机与工区CMA和在线监测装置进行连接，进而实现监测数据交互。

3.4主站系统软件结构

依据输电线路在线监测主站系统功能设计，将主站系统软件结构划分成客户端层、Web服务器层以及数据库服务器层三大层次。^[3]其中，客户端层主要由浏览器模块组成，系统各项操作大多在此模块开展，拥有不同操作权限的用户，可获取对应不同的功能。Web服务器层主要由Web服务器、数据接入、WCF基础通信模块等组成，Web服务器可实现数据查询及管理功能，可为客户端层提供信息依据；WCF基础通信模块可为Web服务器提供基础通信功能。数据库服务器层主要由权限控制、系统结构、数据库等组成，权限控制可实现对用户权限的设置；系统结构可实现业务逻辑计算机编程语言描述；数据库可实现对系统所需求一系列数据的存储。

3.5主站系统功能结构。

输电线路在线监测主站系统作为在线监测数据全面呈现、分析及监测平台，可实现监测数据呈现、统计分析、稳定性判断等功能。为了确保主站系统监测数据分析水平及实用性，在后期运行时对主站系统予以改进与完善，推进原本功能的优化整合及新功能的丰富扩充。

结束语

虽然近年来输电线路状态监测技术得以不断发展成熟，并得到广泛推广，然而因为输电线路分布范围广、数量众多，使得输电线路状态监测技术在实际应用中依旧面临一系列问题。因此，生产运行维护单位及管理部门应当不断钻研研究、总结经验，提高对输电线路状态在线监测技术内涵特征的有效认识，充分结合生产、管理实际需求，结合实际监测应用中存在的问题，逐步改进与完善输电线路状态监测系统建设，积极促进输电线路的安全有序运行。

参考文献

[1]许金明.试论目前架空输电线路状态运行与维护管理[J].价值工程,2014,33(36):65-66.

[2]谢志宏.输电线路状态检修和带电作业技术[J].通讯世界,2014(21):83-84.

[3]张金光,金会军,张逸群.输电线路状态监测技术的应用优化[J].大众用电,2014,29(10):29-30.