基于决策树的输电线路覆冰故障诊断分析

基于决策树的输电线路覆冰故障诊断分析

王立刚

（内蒙东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽市028000）

摘要：近年来，输电线路建设日益完善。电源分布在地理位置偏僻的山区或者林区，这些地理位置偏僻的地区的天气条件往往比较复杂。架设的输电线路极易发生覆冰现象，严重的覆冰甚至会对输电线路的电气特性和机械特性造成影响，最终导致事故发生，阻碍供电线路的安全稳定运行。

关键词：输电线路；绝缘子；故障诊断；决策树；覆冰

引言

输电线路作为电网薄弱环节之一，其安全稳定运行直接关系到电网的运行状态。目前，覆冰已成为威胁线路安全运行的重要因素。为了提高覆冰故障分析效率，研究其故障诊断模型显得愈发重要。输电线路一旦发生覆冰就会导致导线摆动、杆塔倾斜倒塌、绝缘子闪络、线路折断等问题，给电力企业造成极大的经济损失。

1输电线路覆冰的危害性

覆冰是一种受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素影响的综合物理现象。每年冬季，寒潮引导起源于北极地区而堆积在西伯利亚地区的寒冷空气南下，其前沿为寒潮冷锋。冷锋过境时风速增大，气温骤降，当冷锋与南方暖湿气流在一些地区交汇，冷空气由于密度大而滑至较轻的暖空气下面，暖空气被迫抬升，这时靠近地面一层的空气温度较低，上空又有温度高于摄氏零度的暖气流北上，形成一个暖空气层或云层，再往上则是高空大气，温度低于摄氏零度。大气垂直结构呈上下冷、中间暖的状态，自上而下分别为冰晶层、暖层和冷层。从冰晶层掉下来的雪花通过暖层时融化成水滴，接着当它进入靠近地面的冷气层时，水滴便迅速冷却，成为过冷却水滴，当其接触到地面低于0℃的物体(树枝、导线)时，冻结形成覆冰。我国是发生输电线路覆冰事故较多的国家之一，覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失。华中的湖北、湖南、江西、河南等省及三峡地区，西南的云南、贵州、四川，华北的河北、山西及京津唐地区，西北的青海、宁夏等省(区)都发生过输电线路覆冰事故。2008年春节前夕的持续雨雪天气造成湖南、江西、浙江、湖北、贵州、云南等13个省电网的覆冰事故，湖南和贵州发生了大面积停电，国家电网公司直接经济损失达到104.5亿元。近30年来，大面积覆冰事故在全国各地时有发生，国家电网运行管理处统计资料表明，2006年1月至2007年6年，由覆冰引起的500kV线路跳闸13次，占总跳闸数的8.84%，由覆冰引起的500kV线路非计划停运4次，占总停运次数的11.11%。可见，覆冰已经成为危害线路安全运行的主要原因之一。

1.1电气危害

架空线路覆冰后绝缘子被覆冰桥接，绝缘性能会下降导致泄露距离变短，极易发生绝缘子闪络；线路覆冰融化时，由于冰体污秽物中存在的电解质溶解，导致冰水的导电性提高，进而使绝缘子串电压分布产生畸变形成绝缘子闪络。机械危害:线路覆冰对输电线路最直接的危害就是机械危害，输电线路一旦覆冰就会增加导线、金属支架等设备的负载，随着覆冰层厚度的增加负载也会不断增加，当负载增大到一定程度就会导致导线或者金属支架出现断裂，严重的会造成杆塔倒塌。

1.2覆冰线路除冰技术

热力除冰技术:热力除冰技术主要是应用加热手段对覆冰线路进行加热，使线路覆冰融化进而脱落。现阶段应用比较多的热力除冰技术主要有短路电流、过电流、热力、热水、阻性线，对于输电线路除冰比较适用的是过电流和短路电路技术。利用输电线路热力防冰:输电线路覆冰对于电力通讯以及电力运输有着极大的危害，因此输电线路预防和清除覆冰工作的优劣决定供电线路能否安全稳定运行。预防覆冰主要是减少覆冰体积使其在可承载负荷内。线路覆冰清除的主要方法是导线热力除冰，采用的技术手段主要有，铁磁材料线、热吸收器、电磁波微波激光器。导线热力除冰法缺点有以下几方面：耗能高，工作时需要1～10kw/m²的功率；运行成本高；高效率运行时也仅对初期覆冰有效果。

1.3输电线路发生覆冰故障的原因

覆冰线路覆盖冰层厚度不均匀或者融化脱冰不同期引起机械故障或者电气故障；绝缘子串被覆冰桥接或者覆盖的冰体过多，导致绝缘子串电气性能下降；输电线路覆盖冰层过厚导致或者覆冰过多超过线路的最大负载导致线路折断、杆塔倒塌；覆冰不均引起导线摆动或者杆塔扭曲。

2线路覆冰的预防措施

2.1覆冰线路除冰措施

根据以往历史经验总结，国内外除冰措施主要有三种：机械除冰技术、热力熔饼技术、大自然被动融化。近年来随着科技的进步，电力企业的不断创新发展，线路覆冰技术取得了很大的进步，但是由于经济的发张电力需求的增大，解决架空线路覆冰故障仍为现阶段急需解决的重大问题。带负荷除冰措施：带负荷除冰顾名思义就是在线路带负荷运行状态下清除覆冰的措施。具体操作方法是在覆冰线路耐张力段采用三分裂导线，三分裂导线的三根子导线需要用绝缘棒间隔绝缘，进而形成三个独立回路电流。当线路没有覆冰故障处于正常运行状态时，耐张铁塔两侧跳闸线上隔离开关为闭合状态，三分裂导线子导线是并联运行的；当运行线路出现覆冰故障时，将耐张铁塔两侧跳闸线上隔离开关断开，三分裂导线子导线则改为串联运行，此时运行线路中的电路为原有电流的3倍，进而实现电流热力除冰的目的。电磁力线路除冰措施：电磁力线路除冰技术起源于国外，适用于严重的超高压覆冰线路的除冰，这种技术是将额定电压下的运行线路进行短路操作，即同一相位上的两根子导线中的短路电流各自产生电磁力，这两股电磁力相互撞击促使覆冰掉落。提高员工技术，减小故障损失：在日常工作中加强人员技术培训，当架空线路出现覆冰故障时可以迅速的分析并处理故障，在最短时间内以最有效的措施恢复电力运行，尽最大可能降低企业及人民的经济损失。

2.2电路覆冰的预防措施

针对输电线路覆冰故障，我国电力企业在八十年代就提出了五字预防方针：“避、抗、熔、改、防”。目前我国电力企业电网设计的设防标准为：35～330kv达到30年一遇、500kV达到50年一遇、750kv达到100年一遇。我国供电线路覆盖面积辽阔，南北故障差异较大，要结合实际情况采取相应的措施。北方地区架空线路覆冰主要为雾凇，覆冰密度小并且覆盖时间断，一般会引起绝缘子闪络故障；南方地区架空线路覆冰时间长并且密度大，一般会引起杆塔倾斜倒塌或者导线摆动折断。我国目前采用预防覆冰的技术手段主要有：热力防冰、在线监测覆冰线路、输电线路的合理化设计等等。热力防冰：热力防冰技术原理是利用外加的或者自身的热源产生热量，是线路温度维持在冰点以上，进而实现预防覆冰的目的。该技术主要应用在电能输送、航天运输、航海运输等工业领域。覆冰线路在线监测技术：对覆冰线路实施在线监测技术，可以实时掌握线路的运行状态，对覆冰情况进行分析，对存在故障的提前预警，最终实现快速处理故障保障系统稳定运行的目的。

结语

随着我国特高压电网的建设，输电线路覆冰是必须考虑的影响电网安全运行的重要因素。在输电线路覆冰类型中，以雨凇覆冰最为严重，危害最大。虽然各地都有雨凇的观测记录，但尚未形成一个全国范围的详细的雨凇日统计资料以及具体的覆冰区域划分，这些问题还有待解决。

参考文献

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