配电线路树障隐患预测研究

配电线路树障隐患预测研究

郝新瑞

国网山西省电力公司太原供电公司 山西省太原市 030000

摘要：输电线路作为电力系统的重要组成部分，其安全运行直接关系着电网供电可靠性。在实际运行过程中，线路走廊内的树木是输电线路极大的安全隐患，不断生长的树木造成输电线路发生闪络、跳闸事故。树障问题一直是影响配电线路安全运行的巨大隐患，树障引起配电线路事件频繁发生，电力部门每年虽然花费大量人力、物力和财力清除，但树木却屡砍不止，农户也是屡栽不禁。“树线矛盾”一直是电网线路运维工作中要面对的重要问题，传统工作方式具有难度大、效率低、成本高的特点，而通过线激光对树障进行清除的方式，在解决这个问题上具有极大的优势。

关键词：配电线路；树障隐患；预测研究

引言

输电线路覆盖国内各个角落，而输电线路走廊多倚傍树林，树木距离架空线路过近会导致线路跳闸故障。近年来，我国林业产业发展迅速，线路通道内的树木已成为线路运行的重大隐患，由对线路通道内超过安全距离的树木放电引起的线路闪络、电网停电、林区火灾等事故屡见不鲜，给线路的安全运行带来了巨大的灾难，所以保证稳定供电是国家电力部门的首要任务。工作人员会不定期地对架空线路下树障进行清除，人工清除树障的方式花费的成本高、时间长且存在巨大的安全风险，花费大量的时间在清除树障工作上。由于高能激光清除输电线路树障时，可带电工作，无须停电，工作人员无须登高工作，在地面即可完成，消除了高空作业的风险，利用高能激光器清除架空线路树障的作业方式在国内逐渐兴。做好配电线路树障的故障原因分析，提出一些加强运行维护及防范的措施，对于避免和减少可能出现的安全隐患，保证电网高质量运行有着重要的作用。

1配电线路树障概述

输电线路树障是指树木在生长过程中，其与导线之间的距离不断减小，引起导线表面电场畸变，导线与树之间形成的电场强度不断增大，最终导致线路发生闪络并引发跳闸停电事故。因而，输电线路树障成为电力巡检最为重点关注的问题。目前针对输电线路树木隐患，我国电网仍以人工巡检方式为主。近年来，研究人员提出在杆塔上安装摄像头，通过监测图像判断输电线路下方的树障隐患。但是由于地形的起伏变化，杆塔上的图像监测难以实现对远处的弧垂点和树冠高度的捕捉和判断。但在实际运行过程中，输电线路由于受自身载流变化、外界天气的影响，其与下方树木发生树闪的不确定性进一步增加。随着智能电网的建设，对于全面、实时掌握电网运行状态提出了更高的要求，因而亟需开展对输电线路树障预放电特征的分析，进而提高输电线路在线安全运行水平，为在线故障智能诊断提供数据支撑。

2配电线路树障原因

随着经济的不断发展，农民充分利用闲置土地的意识也越来越强，大量种植了快速林。经常有大量的快速林种植在配电线路的线路走廊下方或附近，且树木生长速度较快。为了保证导线与树木间的安全距离，在日常线路维护中供电企业运维人员需要经常进行树木清障工作。由于部分工作人员没有对树木倒下的方向进行有效控制，树木倒下时亦容易倒在线路上引起线路跳闸，对线路的安全稳定运行影响极大。（1）受力接触不可靠，易失控。人工砍伐时，当树木由于接触树杆的杈头滑脱，或者受力点在重心以下，树木容易反弹、倾倒，失误倒在线路上，导致发生触电事件。（2）倾倒路径不安全，易误伤。在砍树木的过程中，现有的辅助方式容易出现：①工作人员离切割刀锯距离较近，容易发生被误伤事件；②人员推动树木的作用点靠近树木底部，作用效果不明显；③树木倾倒时容易砸伤周围人员。（3）绝缘性能不满足，易触电。使用现有的工具时，现有工具的操作手柄绝缘性不能有效保护人体。由于维护的是10kV中压线路，当树木因操作不当倒在导线上时，电流经过树木和砍树的定向辅助保护工具对人体进行伤害。故而要求该工具操作手柄有很好的绝缘性能。

3配电线路树障隐患预测优化

3.1树障隐患实时检测

通过树高生长预测模型预测当前树高，同时根据当前环境温度、光照、风速以及导线负荷电流计算导线实时弧垂大小，运用树线净空距离模型对导线下的树障隐患进行实时检测。当H大于或者等于导线运行的安全距离时，线路不会发生树闪故障。当H小于导线运行的安全距离时，线路在当前负荷下运行极容易发生树闪故障，线路运维人员应当及时降低线路负荷来减小导线弧垂或者砍伐过高的树木，避免树闪故障发生，保证线路安全稳定运行。

3.2树障风险评估与预警

通过树高生长预测模型，线路运维人员可以预测未来几年内的树木高度和树木闪络故障发生的时间，结合不同电压等级线路安全距离的规定，根据树木与导线的净空距离评估树障风险等级，提前发出树障风险预警。有效地帮助线路运维人员掌握树障隐患严重、巡线难度大的地区的树障情况。通过及时清除超高树木隐患，避免因清障不及时造成树闪故障的发生，从而杜绝树障引起的森林火灾和人身事故的发生。

3.3激光发射端设计开发

线激光清除树障装置由光纤激光器模块、振镜模块、电源模块、瞄准模块组成。其中，光纤激光器模块包括光纤激光器，通过光纤的QBH输出头与振镜模块相连接；振镜模块包括X轴方向振镜，X轴方向扫瞄镜，Y轴方向振镜，Y轴方向扫瞄镜，场镜通过振镜控制，使之发出线激光，用于清除树障；电源模块用于激光装置的供电；瞄准模块包括激光瞄准器，用于树障在开启激光器前先进行瞄准。当需要进行树障清除时，启动电源前，先将激光发射口对准地面，打开光纤激光器和激光瞄准器，通过调节激光瞄准器的螺母进行微调，使得光纤激光器与激光瞄准器的准星一致。通过振镜x轴和y轴的快速偏转，光纤激光器的点激光可近似转变为线激光。

3.4激光瞄准系统设计

线激光清除装置采用的全自动瞄准系统由光纤激光器、可调紫光激光器、合束镜、半反半透镜、反光镜、高倍镜摄像头、信号传输器和图像识别控制面板组成。该装置通过高倍镜摄像头和信号传输器的结合，不仅能大大提升瞄准系统的准确率，而且能远距离操控激光器；通过颜色感应开关，根据设定瞄准目标的颜色自动启动激光器开关进行工作；通过云台遥控器无线操控电动云台，方便调整瞄准角度。

结束语

输电线路输电距离长，线路通道运维难度大。树障隐患一直是阻碍线路安全运行的重大隐患，易使空气间隙被线路电压击穿引发线路闪络、电网停电、林区火灾等事故。传统树障清理主要采取人工砍伐的方法，工作量大、工作效率低，且有可能在砍伐过程中引起线路跳闸和人员受伤。针对树障隐患对输电线路安全运行的影响，分析了输电线路树障的类型及其风险，并在梅花山试验基地搭建了输电线路树障隐患模拟试验平台。通过紫外成像设备拍摄放电过程，获得了树障不同阶段的光子数特征。树线净空距离模型为线路运维人员合理制定树障隐患消除计划提供科学依据，使树障隐患管理模式从传统模式的静态预测和经验管理转变为动态预测和科学管理，降低了使用传统方法识别树木高度所引起的树障隐患误判，提高了树障隐患排查的工作效率和准确性，避免了由树木生长过高和导线弧垂增大引起的树木闪络故障发生，为电网运行打造了一个可靠的安全通道。

参考文献

[11]祝贺，于卓鑫，严俊韬．特高压输电线路树障隐患预判及仿真分析[J]．东北电力大学学报，2018(2)：21-22.

[2]刘贞瑶,谈发力,康宇斌,等.输电线路树木故障机理分析及试验研究[J].电力工程技术,2017(6):122-123.

[3]刘世林.浅谈防止高压输电线路树障事故的对策[J].中国高新技术企业,2015(36):135-136.