浅谈输电线路故障检测与故障定位技术

引言

输电线路作为电力传输和负荷联结的中枢，承载着大规模跨区域电力输送任务，长期受雷击、风偏、覆冰及老化腐蚀等自然和结构性因素影响，易产生短路、断线、接地及过载等类型故障。新一代检测技术研究方向侧重行波–阻抗联合测距、分布式智能监测及辅助检测技术，已成为提升检测精准性及运维响应能力的重点突破方向。

1、输电线路故障检测流程

1.1 数据采集技术

传感层的关键节点在于塔头、绝缘子串悬挂点，在此需布置高精度电流传感器（0-2000 A， ±0.5% ）、电压传感器（ 0-500kV ）、温度传感器-40～+125°C ）及三轴振动加速度计（ 0.5-500Hz ）。数据回传通道采用单模光纤（G.652D，损耗 ⩽0.35dB/km ）或 5G NR 网络（时延 <10ms ），实现监测信号的即时传输，人工巡检每公里设 23 处重点检测位，通过目视捕捉金具锈蚀、接头松动等表面缺陷，其效率受人为因素制约明显，搭载640×480 红外热像仪的无人机可识别局部温升 >15 ℃的氧化接头，配备 4 超声波探头的机器人则检测绝缘子裂纹放电声波，突破传统检测盲区。

1.2 异常识别与故障分类

传统电气参数分析结合智能算法构建混合识别框架：电流突变阈值设定 200 A 触发报警，电压跌落超额定值 15% 时判断断路；当谐波含量 ⩾5 0% ，检测精度存在波动风险，红外热成像基于绝对温差法，同类设备 ΔT>1 0% 标记为过热隐患，适用场景覆盖 6kV 至 500kV 输电线路。支持向量机（SVM）以电流电压特征训练分类模型，短路、接地、过载识别准确率达 90% 以上。

2、应用故障定位技术进行输电线路故障检测的实践策略

2.1 行波–阻抗联合定位

行波–阻抗联合定位技术是高压输电网普遍应用的解决方案，其定位精度与适应性优越。行波测距原理采集故障瞬间高频电磁信号，确定两端测量点时间差 已知导线波速 v≈2.97×10～8m/s 条件下，计算初步故障距离，误差范围控制在 ±150m ，适用于 220 千伏及以上、跨度超过 500m 的架空线路。行波信号遭遇雷电干扰或噪声扰动时，阻抗法自动激活补偿定位，需将误差收束至 ±300m 区间。此外，阻抗法处理故障前后电压 V与电流 I 参数，计算等效阻抗。在此过程中，还需结合线路参数 .4Ω/km ，解算故障点位，适用距离覆盖 10 至 300 公里区段。实践验证，行波阻抗组合方案综合精度可达 ±100m ，兼容 ±500 千伏特高压输电系统，显著降低运维周期与成本投入。在故障段阻抗测算与行波传播分析形成互补机制，电磁暂态过程追踪与稳态参数解析的双重策略，使得超长距离输电网故障定位具备亚百 ρ_m 级精度保障。该方法已在国内多个 ±800 千伏特高压工程中验证，其单次定位耗时压缩至 5 秒内，巡检效率提升约 40% 。

2.2 分布式智能监测装置

山地、丘陵及跨江跨海等复杂自然环境中，分布式智能监测技术发展为输电线路故障检测的研究焦点。沿线每 1km～2km 间距安装智能传感单元，设备规格 300mm×250mm×100mm ，重量限制 5kg 以下，集成低功耗高精度采集模块，采样间隔 5ms 以内，同步采集电流、电压、温度及微振动力学参数，频响范围覆盖 1Hz 至 1kHz 。在此过程中，需装置嵌入边缘计算芯片，配置 ARM Cortex-A53 四核处理器，运算能力 1.5 GFLOPS，本地预处理将原始数据缩减 80% 以上，借助 5G NR 链路传输，其带宽 100MHz 以上、延迟低于 10ms ，数据回传控制中心。人工神经网络(ANN)执行故障类型及位置建模推演，识别准确率超过 95% 。此外，四川、云南及贵州的大跨越多雷区验证显示，该方案将检修时长压缩到 30 分钟以下，效率增长接近 40% 。运维响应速率与供电可靠性得到显著优化。传统集中采集模式下维护窗口一般超过 2 小时，设备重启频次下降 60% ，年均停电时长减少至原基准值的 1/3。

2.3 故障定位辅助技术及综合应用

辅助检测技术与行波–阻抗、分布式监测形成互补支撑，构建多层次感知网络， ±500kV 及以上超高压线路上部署的同步相量测量系统（PMU）采用双端相量比对机制，额定采样频率 50Hz ，GPS 时钟同步精度 1μs ，实现故障相位判别与定位，幅值误差被控制在 0.5% 阈值内，相角偏移量误差限制于 0.1^∘ °区间，系统适配单回线、双回线及混合线路架构，动作响应时间缩短至 20ms 以内。

首先，雷害预警体系融合地理信息系统（GIS）空间分析能力，年雷暴日超过 80 天的重点监控区域配置雷电定位雷达，空间解析精度突破 500 米级别，结合雷击电流幅值统计规律，超过 50kA 的强雷暴事件建立预测模型，闪络、断线等典型事故的辨识率突破 95% 技术指标。

其次，北斗卫星导航系统（BDS）提供厘米级定位服务，RTK 接收装置实现杆塔空间坐标 0.1 米精度采集，配合 1920×1080 分辨率、30 帧/秒的高清红外成像装置，导线表面烧蚀痕迹、金属裂纹等微米级缺陷的识别盲区压缩至 1% 以下，异物入侵事件的捕捉时延缩减为秒级响应。由"行波–阻抗–分布式–辅助检测"构成的融合诊断体系已在 ±800kV 特高压走廊完成验证，跨江海线路与多雷暴带区域的运维数据表明，方案相较传统检测模式缩短 40% 检修周期，杆塔倾斜监测误差降低。

结束语

综上所述，输电线路故障检测及定位技术的研究和实践，构成新一代智能电力运维体系建设的基础。行波–阻抗联合定位、分布式监测及辅助检测技术相互耦合，建立精准检测、多源数据融合及快速响应为特征的检测链条，已在实际工程中验证出对检修周期、运维效率及供电安全性的综合改善效果。

参考文献：

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作者简介：姓名（1983.09-），男，汉，湖北咸宁，中级工程师，大学本科。

主要研究方向：电力工程输电线路方向。