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摘要：准确评估架空输电线路的运行状态及其可靠性，基于变压器的故障评估方法，提出了一种适用于电网输电线路运行可靠性评估的故障树分析法。该方法使用下行法计算电网输电线路的最小割集，形成故障树。利用故障树分析法的计算原理，建立输电线路运行状态的安全评估系统。设计的系统可以通过分析和评价输电线路的运行状态，从而预测线路可能出现的故障与隐患，进一步提高电网中输电线路的可靠性及安全性。
关键词：输电线路；运行状态；故障树分析法；最小割集理论
引言
因为输变电现场作业一旦发生触电事故，其造成的危害极大，所以输变电现场作业安全的高压预警设备的研究与开发得到越来越多人的关注。本文主要对输电线路运行状态预警和安全评估系统设计进行探讨。希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
1故障分析
按照故障的类型，输电线路发生的故障可分为单相接地、两相短路、两相接地、三相短路和三相接地等，其中单相接地故障至少占所有故障总数的90%。而输电线路发生故障的原因主要包括雷击、风害、鸟害和外力等。在所有故障中，雷击故障主要由不可控的雷电现象引起，与导线排列和杆塔设置等因素有着密不可分的关系；风害故障是指大风作用引起的输电导线与杆塔、导线或其他物体之间的放电现象，通常出现于间距大于500m以上的山区环境中；鸟害故障是指体型较大的鸟类在飞行、筑巢、叼物或排泄的过程中，短接空气间隙，导致输电导线与接地物体之间形成短路，从而形成电网的故障，通常发生于水和食物丰富的地区，其时间大多集中每年的7月~10月期间；外力故障是指由例如大型机械等其他各种外力引起的输电线路故障，通常发生于城乡结合部、闹市区、施工现场和高速公路等地。
2输变电作业安全预警设备研究现状
输变电作业安全预警设备研究现状主要涉及到以下方面内容：国内许多的高校和研究所也对高压安全预警系统进行了研究与开发，但是其样机与上述的高压预警设备同样的类型，属于手持式或是佩带式。对输变电现场作业的运维人员的作业操作带来不便，且无法识别空间场强源的方向。为了方便运维人员的作业操作，识别出空间场强源的方向，更准确地为输变电现场作业人员提供高压近电安全预警，将高压近电安全预警系统集成与运维人员在作业过程中必须穿戴的安全帽中是一个很好的方案。为了实现这套方案，目前的工频电场测量装置无法满足体积小、便携性好、成本低要求，没有一款单独的工频电场传感器，这就需要进行工频电场传感器的研究开发。
3输电线路运行状态预警和安全评估系统设计
3.1评估模型
输电线路运行状态预警和安全评估系统设计之一是评估模型。在具体评估过程中，本文使用最小割集理论将所有指标归纳为28个最小割集，每个割集都具有3种状态，即良好、注意和不良状态。同时，这些割集也可称为底事件，而杆塔、绝缘子和金具等设备因素就是二级事件，被评估输电线路运行状态的可靠性是顶事件。
3.2评估指标确定及等级划分
输电线路运行状态预警和安全评估系统设计之二是评估指标确定及等级划分。输电线路风险评估的影响因素较多，例如雷电、大风、冰雪、山火、污秽、鸟害等气象灾害均对暴露在外部环境中的输电网产生了重大影响，且这些因素之间又相互关联，因此应按照实用性、针对性等原则合理筛选出对电网影响最大的评估指标，为科学建立评估模型提供基础数据。确定好各指标及等级之后，建立了风险评估系统。系统层次化指标体系分为目标层、指标层和参数层。
具体来看，目标层为最高层，示风险评估的总目标；准则层是各评估指标，可根据具体进行增减，目前主要反映雷电，鸟害，污秽和风害等指标；参数层便是处于体系框架最底层的因素层。由此，构建一个由1个目标，4个二级指标、16个三级参数构成的风险评估体系。线路运行可靠性模糊评估模型采用尖锐边缘的隶属度函数对落雷密度、鸟害面积、风灾等级等运行参量进行等级分割，构成了较强的隶属逻辑。实际情况下，输电线路风险等级与线路各运行参量间关联的紧密程度均属未知，某一运行参量对线路风险的影响程度也属未知，简单隶属逻辑无法准确描述各参量对事故的影响。采取梯形、高斯隶属函数对运行参数所属概念名词进行模糊化，并采取模糊逻辑控制器将线路风险程度与运行参数相联系，通过编写基于历次事故的模糊逻辑语句集对模型进行完善，构建了输电线路高风险区段模糊预测模型。
3.3风险程度的模糊预测
输电线路运行状态预警和安全评估系统设计之三是风险程度的模糊预测。将事故记录中线路采取的运维行为按照风险度由高到低排列为：停运维修＞巡检＞长期监测＞短期监测＞线路正常。并按照反模糊处理方法，将五个模糊概念使用高斯隶属函数模糊处理为连续变化的风险指数。
4工频电场传感器系统研究
4.1传感器系统的整体设计
工频电场传感器系统包括四个部分：工频电场传感单元、前端放大电路、50Hz带通滤波电路、整流电路，其中前端放大电路包括电压跟随电路和信号差分放大电路。将传感器的输出信号进行AD转换，可运用单片机对所测得的电场强度信息进行分析处理。
4.2前端放大电路
从工频电场传感单元中输出的电压信号十分地微弱，对后端处理电路的驱动能力不足，而且该工频电场传感器常处于复杂电场环境中进行工作，工频电场传感单元在电场中感应而输出的电压信号难避免被外界的电场干扰，因此，为了在强烈的干扰中将工频电场传感单元微弱的电压信号提取出来，驱动后端信号处理电路，需对工频电场传感单元的电压输出信号进行前端放大，前端放大电路由电压跟随电路和差分放大电路组成。如果直接将工频电场传感单元输出的电压信号接入到信号放大器中，因为信号放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，而后级信号处理电路的输入阻抗比较小时，那么工频电场传感单元输出的电压信号在前级的输出电阻中就会有所损耗，而影响传感器测量的性能。针对这个问题，基于电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，运用电压跟随器对工频电场传感单元输出的电压信号进行1:1跟随，将电压信号不失真地传输到后级电路，高输入阻抗使得它在电路中具有阻抗匹配的作用，对信号进行缓存和隔离，起到了承上启下的作用。电压跟随电路提高了电路的输入阻抗，这样使得输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的取样电容提供了前提保证。
结语
本文分析了引起输电线路的多种故障，从中提取了制约其可靠性的主要因素，在此基础上，通过引入故障树分析法，利用最小割集理论建立了故障树模型，并给出了相应的模型计算方法，形成了一个输电线路运行状态可靠性的评估系统。
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