输电线路雷击跳闸是电网运行的主要故障类型之一,大量电网运行统计数据表明,雷击跳闸在输电线路故障跳闸中占比极高,且多数雷击跳闸事故与输电线路杆塔接地装置老化劣化、接地电阻参数超标存在直接关联。在传统输电线路运维体系中,杆塔接地电阻普遍采用数年一次的人工离线巡检模式,该模式需申请线路停电、人工登杆作业,检测效率低下,无法实时捕捉接地装置的动态劣化趋势,难以适配智能电网实时感知、主动预警、精准运维的发展需求,在此行业背景下,杆塔接地电阻在线监测技术逐步迭代成熟,并在电网系统内实现规模化推广应用。
一、技术背景与发展历程
输电线路杆塔接地系统是疏导雷击故障电流、防范线路绝缘击穿、降低雷击跳闸风险的核心防护设施,接地电阻数值是判定接地装置运行有效性、保障线路防雷性能的核心技术指标。结合国内电网杆塔接地检测技术的迭代升级过程,行业内普遍将其发展分为三个阶段:
第一阶段为纯离线人工检测阶段。该阶段完全依靠作业人员携带检测仪器登杆作业,检测前需断开接地引下线、办理线路停电作业手续,单基杆塔检测耗时长、作业流程繁琐,整体检测周期长、巡检覆盖范围有限,仅能实现阶段性抽样检测,无法掌握接地装置的实时运行状态。
第二阶段为便携式带电检测阶段。免拆线、不停电的便携式接地检测设备逐步普及应用,彻底摆脱了传统检测依赖停电作业的局限,有效降低了停电损失和运维成本,但该技术仍依赖人工逐基杆塔现场检测,属于定点、定时的静态检测方式,无法实现接地状态的全天候动态监测,难以捕捉接地装置的瞬时劣化和突发异常。
第三阶段为物联网化在线监测阶段。随着物联网、边缘计算、低功耗传感技术的发展,杆塔接地监测终端实现了低功耗、宽温域、强抗干扰的技术突破,无需人工现场值守,可长期在线采集接地电阻数据,目前已在全国高雷击、高风险重点输电线路中规模化部署,大幅提升了杆塔接地状态的全域、实时感知能力。
二、核心原理深度解析
目前行业主流的杆塔接地电阻在线监测技术采用非接触式异频电流注入检测原理,设备可直接带电安装于输电线路杆塔接地回路,无需断开接地引下线,全程不影响输电线路正常带电运行,适配电网不停电运维需求。
监测终端内置高精度恒流源模块,可向杆塔接地回路注入与工频电流存在固定频率偏差的小幅值恒定检测信号,同时依托高精度有源滤波技术,有效滤除工频干扰、地电位反击、现场杂散电流等各类环境干扰杂波,精准采集接地回路的电压响应参数。终端通过内置边缘计算模块,实时运算换算得到精准的接地电阻数值,行业主流设备测量精度稳定,误差可控制在行业规范允许范围内。
设备采集的接地电阻实时数据、终端设备运行状态数据,可通过4G/5G、LoRa、北斗短报文等多通信方式传输至电网运维云平台。平台具备异常阈值自动告警、历史数据趋势回溯、多杆塔数据横向对比、状态统计分析等核心功能。部分一体化智能监测终端集成雷击监测功能,可同步采集雷击次数、雷击电流参数,辅助评估接地装置遭受雷击后的损伤状态,为杆塔接地装置全生命周期运维管理、故障分析研判提供持续、完整的数据支撑。
三、技术优势与局限性
相较于传统人工离线检测模式,杆塔接地电阻在线监测技术的应用优势十分突出,可有效弥补传统运维模式的短板:
一是实现全天候全时段监测。设备可24小时不间断采集接地电阻数据,彻底解决传统人工巡检周期长、存在大量监测盲区的问题,能够及时捕捉接地装置动态劣化、参数突发超标等异常情况,有效降低因接地失效引发的雷击跳闸故障概率。
二是全程不停电作业。在线监测设备安装、运行、维护均无需线路停电,规避了传统检测模式的停电申请、停电作业流程,大幅降低了电网运维作业风险,减少线路停电带来的经济损失和供电可靠性影响。经行业通用测算,长距离高压输电线路采用在线监测技术后,可大幅节约停电运维成本,综合运维效益显著。
三是数据可追溯、可分析。系统可连续存储每基杆塔的接地电阻历史数据、运行状态数据,建立单塔专属的接地状态全生命周期电子档案,为电网运维决策、故障溯源、状态评估、检修规划提供全面、连续的数据支撑,推动运维模式从被动抢修向主动预判转变。
同时,当前接地电阻在线监测技术仍存在一定应用局限性。在换流站、特高压变电站周边等强电磁耦合区域,复杂电磁环境会对监测信号产生干扰,易导致设备测量精度波动;在高海拔、高寒、极端低温等特殊气候区域,常规太阳能供电终端续航能力不足,难以保障全年稳定运行;此外,在线监测设备初期部署、组网建设成本高于传统人工巡检模式,受成本约束,暂不具备全网全面普及的条件,优先适配重点线路、高风险区域部署。
四、技术标准与规范要求
国内输电线路杆塔接地检测已形成完善的行业标准体系,现有DL/T系列输电线路杆塔接地装置测量相关技术导则,明确规范了接地电阻检测设备的测量精度、工作环境、防护等级、运行参数等核心技术要求,是在线监测设备研发、检测、应用的核心依据。行业标准统一规定了在线监测终端的通信传输、数据安全、设备功耗等通用技术指标,规范了设备入网、数据接入、运维管理的全流程要求,保障监测数据的准确性、稳定性和统一性。
国际层面,IEC雷电防护相关系列标准,明确将输电设施接地状态持续监测作为高雷击区域电网防雷防护的重要技术手段,为国内在线监测技术的国际化适配、标准化应用提供了参考依据。
五、应用场景与选型建议
结合电网运维需求和技术适配性,接地电阻在线监测技术主要适配四大核心应用场景,针对性解决传统运维痛点:
第一,高雷击区域高压输电线路杆塔。年雷暴日高的区域,杆塔接地装置长期受雨水冲刷、土壤酸碱腐蚀影响,接地电阻易持续劣化,雷击跳闸风险极高,且人工巡检频次有限、成本偏高,是在线监测技术的核心应用场景,可有效提升防雷运维精准度。
第二,新能源基地送出输电线路。风电、光伏基地多布局于偏远山区、戈壁、荒漠等区域,线路分布分散、运维通达性差,人工登杆检测难度大、作业成本高,在线监测可实现无人值守常态化监测,大幅降低运维难度。
第三,高可靠性供电需求区域输电杆塔。石化、轨道交通、核心工商业园区等关键负荷区域,对供电稳定性、安全性要求极高,突发停电易引发重大经济损失和社会影响,通过在线监测可提前排查接地隐患,保障供电可靠性。
第四,跨重要民生设施输电线路。跨越高铁、高速公路、主干航道、居民区等重点设施的输电线路,故障影响范围广、安全风险高,需依托在线监测技术实现接地状态实时管控,杜绝接地失效引发的线路故障。
在设备选型方面,需结合应用场景、环境条件、运维需求综合考量:首先,设备需严格符合*及电力行业现行标准的精度、性能要求,强电磁干扰区域优先选用高抗干扰性能的监测终端,保障复杂工况下的测量精度;其次,结合部署区域通信条件选型,偏远无公网覆盖区域,优先适配LoRa专网或北斗短报文通信模式,保障数据稳定传输;*,匹配现场环境工况选型,沿海盐雾腐蚀区域需选用防腐蚀、防盐雾防护设备,高寒、高海拔区域选用宽温适配、低温续航稳定的供电及监测设备,保障设备全年稳定运行。
六、技术发展趋势与展望
结合智能电网、数字电网的建设发展方向,杆塔接地电阻在线监测技术将朝着多参量融合、智能化预判、系统化融合三个核心方向迭代升级。
一是多参量一体化融合感知。未来智能监测终端将集成接地电阻、雷击参数、杆塔倾斜、线路覆冰、环境温湿度等多维度监测功能,实现单终端、多参数一体化采集,替代单一功能监测设备,有效降低组网部署和设备运维成本,实现杆塔运行状态的全域感知。
二是AI赋能预测性运维。依托长期积累的海量接地运行数据,结合大数据、人工智能算法构建接地装置劣化预测模型,可精准研判接地电阻的劣化趋势,提前预判参数超标、接地失效等潜在风险,实现从传统“故障后告警”向“故障前预测、提前运维”的模式升级,从源头降低雷击跳闸故障概率。
三是深度融入电网调度运维体系。后续接地状态监测数据、异常告警信息将全面对接电网调度、智能运维平台,实现监测数据与电网运行调度、设备检修计划的联动匹配,调度系统可根据杆塔接地运行状态动态优化线路运行方式,精准落实防雷运维措施,全面提升智能电网安全稳定运行水平。