一、输电线路简介
输电线路是电力系统的主干网络。包括绝缘子、金具、杆塔和输电线等设备和器材。它广泛分布在平原及高山峻岭，直接暴露于风雪雨露等自然环境之中，同时还受到洪水、滑坡等自然灾害的损害，运行环境相当恶劣。 电力系统的安全可靠性运行至关重要。输电线路可靠性及运行情况直接决定着电力系统的稳定和安全。检修是保证输电设备健康运行的必要手段。做好输电设备的检修工作及早发现事故隐患并及时予以排除，使其始终以良好的状态投入运行具有重要的意义，尤其是电力系统向高电压、大容量、互联网发展，其重要性更加突出。
二、输电线路状态检修概念及意义
输电线路设备状态维修是一种先进的维修管理方式，能有效地克服定期维修造成设备过修或失修的问题，可给电力系统及社会带来巨大的经济效益。通过状态检修，能根据设备检测采集的数据，结合设备健康状态表达模型及健康指示参数，运用智能决策算法诊断出设备当前的健康状态，并预测设备寿命；如有需要提出检修建议计划。
状态检修是以设备的当前实际的工作状况为依据，通过先进的状态监测手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，综合各种设备的状态信息，判断设备的状态，识别故障早期征兆，对故障部位及其严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断的结果在设备性能下降到一定程度或故障将要发生前进行检修。 输电线路设备管理是电力企业设备管理的重要组成部分。检修管理的优劣，对线路的健康状况、运行性能以及供电的可靠性影响极大。输电线路状态检修是一种先进的检修管理方式，能有效地克服定期检修造成设备过修或失修的问题，大幅度提高供电可靠性，可给电力系统及社会带来巨大的经济效益，需要在今后大力推广。
2.1 输电线路设备检修发展过程
（1）我国输电线路设备检修方式的发展大致经历了这样的三个阶段，即从事后检修发展到定期检修再向状态检修。
（2）事后检修是 50 年代以前主要采用的方式，就是在设备发生了故障或事故以后才进行检修。这是基于那时没有形成现在这样庞大的网络，因此设备发生故障时影响面小，同时大部分设备简单，人们对电力依赖性不强，所以当时只进行简单的日常维护和检修，没有开展系统检修和管理。
（3）定期检修是从 1954 年在电力系统各种设备发展起来的检修管理制度，这是预防性检修体系的一种方法。其检修等级、周期，均按照主管部门颁发的全国统一的规程规定执行,检修项目统一，检修间隔统一，检修工期统一。这种传统的检修制度，在以往的定检中也确实发现了设备的缺陷和故障，并及时消除，曾起到一定的积极作用。但是，随着供电技术装备水平的提高和改革的深入，定期检修制度的不足也越来越显现出来。定期检修制度一般情况下对设备的运行状态不加判断，即到了预定的大、中、小修周期便安排人力、物力、进行检修工作。通常检修工作完成之后也缺乏必要的与之相适应的判断检修质量的检测手段即检测装置，因而由于设备检修后处理不当而酿成的事故例子屡见不鲜。同时定期检修还存在一定的“检修不足”，对该检修的设备没有进行检修，其原因或是试验方法、设备有问题，或是有的缺陷未被发现，或是检修任务重、时间紧，造成该修的设备没修，从而使设备发生故障而引起损失。定期检修造成检修费用浪费，提高了电能成本。
（4）状态检修是一种先进的设备检修管理机制，是社会生产力的发展在检
修领域的具体体现。状态检修的技术基础是设备状态的准确评价，根据监测手段所获取的各种状态信息，分析故障发生的现象，评估故障发展的趋势，依据设备的重要程度而采用不同的检修策略，并合理地安排检修时间和检修项目，使设备状态“可控、在控”，保证电力设备安全经济运行。状态检修起源于20 世纪60年代美国航空工业，接着在军舰的检修、核工业的检修中采用，并很快在电力行业中采用。现今在国外，例如美国、加拿大、法国等国家已经推行输变电设备状态检修的先进方法多年，他们具备完善的监测系统，先进的测量设备，以及一整套科学的管理方法。
（5）我国输电线路的状态检修工作仍处在探索、研究、试行的阶段，由于我国的国情和设备情况不同于国外，应在借鉴国外先进的方法、设备的同时，结合实际建立一整套科学的管理模式、实时监测系统以及各类监测设备，建立综合分析状态信息智能专家系统，从而实现输电线路状态检修。
2.2 输电线路状态检修所需的技术支持
（1）状态检修的含义
状态检修是以设备的当前实际的工作状况为依据，通过先进的状态监测手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，综合各种设备的状态信息，判断设备的状态，识别故障早期征兆，对故障部位及其严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断的结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生前进行检修。
状态检修包括以可靠性为中心的检修（Reliability Centered Maintenance）(RCM)、预测性检修（Predictive Maintenance）(PDM)两个互相紧密联系而又不同技术领域的内容。以可靠性为中心的检修是在对元件的可能故障对整个系统可靠性影响评估的基础上决定检修计划的一种检修策略。RCM技术是 20 世纪 60 年代初首先采用的状态检修方式 。在电力系统中通常采用RCM技术开展发电厂、变电站设备的状态检修。通常整体设备检修可采用RCM技术。
预测性检修是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排检修的技术，其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析，以决定设备（部件）是否需要立即退出运行和应及时采取的措施。通常具体关键设备检修采用预测性检修技术。
（2）输电线路状态检测的项目
输电线路的缺陷按线路本体、附属设施缺陷和外部隐患可分为三大类： a)设备本体缺陷，包括基础、杆塔、导地线、绝缘子、金具、接地装置等发生的缺陷。
b)附属设施缺陷，包括附加在线路本体上的各类标志牌、警告牌及各种技术监测设备出现的缺陷。
c)外部隐患，包括外部环境变化对线路的安全运行已构成某种潜在性威胁情况(如在保护区内兴建房屋、植树、堆物、取土线下作业等对线路造成的影响)。有些缺陷线路巡视人员可以直接观察到，这些缺陷可以在线路正常运行的情况下，通过带电作业处理掉。巡视人员不能直接观察到的缺陷就必须使用仪器进行检测，目前已经开展的状态检测的项目一般有如下三项：
a．检测线路绝缘子的等值附盐密度，根据不同地区情况及运行经验获取经验值（临界）值，据此指导绝缘子清扫工作。
b．检测瓷绝缘子的劣化率，按《劣化盘形悬式绝缘子检测规程》的规定并根据使用条件（耐张、直线）、年限及年平均零值率，指导线路零值绝缘子的检测工
作（或制订检测周期）。
c．用红外测温仪器检测线路金具的运行温度，以金具正常运行时的温度为参考，当运行温度超过正常运行温度时，根据超过的程度来指导检修如何进行处理（跟踪测量，还是更换设备）。此类设备包括：导线接续管、耐张线夹、并沟线夹、引流板等。
实施状态检修是在运行人员和检修人员随时了解设备状态和对存在潜在故障的设备加强监视的情况下进行的，它是建立在带电监测和故障诊断广泛实行的基础上，进行综合检修决策。
（3）完全实现状态检修需要的技术支持
a．状态信息库的建立
输电线路状态信息库的建立是进行状态检修的基础，所有采集的线路状态信息必须要进入信息库进行管理，输电线路状态信息库包含的内容是非常复杂和详细的。完善输电线路生产管理系统（MIS）和输电线路地理信息系统(GIS)数据，运行人员要及时把巡视情况和各种测试记录录入系统，使系统能够正确反映线路的状态，以便进行检修决策。
输电线路地理信息系统(GIS)、输电线路生产管理信息系统(MIS)已在各地推广使用，线路的状态信息都已进入系统，可以实现对状态数据的管理，已成为我们日常工作中不可缺少的工具和得力助手。输电线路状态信息综合评估系统和整个供电企业的管理系统目前已初步研发成功，尚不成熟，所以状态评估和检修决策这部分工作要由人工来完成。状态评估每季度进行一次，汇总线路的状态数据，根据《架空输电线路设备评级管理办法》对线路进行评级，根据评级的结果，有针对性地提出线路升级方案和下一年度的大修、改进项目。
b．复杂大系统的可靠性评价。电力系统是一个复杂的大系统，综合的可靠性评估是 RCM 技术中关键技术，也是可靠性工程的重要组成部分，可靠性评估是根据设备的可靠性结构 、寿命模型及试验信息，利用统计方法和手段，对评价系统可靠性的性能指标给出估计的过程。对复杂大系统的可靠性评估一直是难题，主要原因是由于费用和试验组织等方面的原因，不可能进行大量的系统级可靠性试验，而只能利用单元试验信息，如何充分利用单元和系统的各种信息对系统可靠性进行精确的评估是相当复杂的问题。
c．先进的监测系统及其他途径获得各种状态信息。
d．故障严重性分析。现在对故障、缺陷的评定方法还都是以人为主的办法来区分。由于区分故障严重性是确定设备是否退出运行的关键性指标，因此还需要进一步深入研究线路的故障严重性分类及其分析方法,同时建立故障分析的仿真模型，建立具有人工智能的判据库，实现故障的诊断和预测。
e．积极开展带电作业。现今带电检修设备的技术逐步提高，如果实现部分元件的带电检修，就可以提高线路运行的可用率，保证整个系统的可靠性。现在电力线路可以带电检修 80%的检修任务，因此需要进一步进行带电作业工作的研究。 f．寿命估计。对设备寿命估计是对线路更新的基本依据，目前所采用的基本方法是在大量的实验基础上利用概率的相关知识。如使用CICGEⅡ方法对绝缘子老化进行估计，从而得到设备的剩余寿命。
2.3 输电线路在线监测技术现状分析
（1）绝缘子污秽在线监测
a.泄漏电流在线监测
绝缘子表面泄漏电流是电压、气候、污秽三要素的综合反映，因此可将绝缘
子表面泄漏电流作为监测绝缘子污秽程度的特征量。泄漏电流在线监测是利用泄漏电流沿面形成的原理，在绝缘子接地侧通过引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流，利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值(如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数)，通过无线传输与有线传输相结合，将数据传输到数据总站，运用专家知识和自学习算法对各种统计值进行综合分析，对绝缘子的积污状况作出评估和预测。
b.污秽度在线监测
绝缘子表面的污秽度反映了输电线路的基本绝缘状况，目前世界上一般采用停电的方式测量绝缘子表面污秽度，包括等值盐密和灰密。也有一些研究机构和单位尝试了采用在线监测的方法来测量绝缘子表面污秽等值盐密，但目前尚未见在线测量灰密的报道和文献。
目前国内外已有多个单位致力于发展等值盐密的在线监测方法，大多数方法都是通过测量表面泄漏电流来推算出表面等值盐密。
19xx年，武汉邮电科学研究院研究了光纤传感器测量等值盐密的可行性，得出光强与盐分含量的有关试验结论，论证了采用光纤传感器测量输变电设备外绝缘等值盐密的可行性。20xx年河南省电力公司将研制出的等值盐密在线监测系统在河南新乡220kV线路上挂网试运行至今，取得了一定的效果。
光纤传感器监测等值盐密是基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理。置于大气中的低损耗石英棒是一个以棒为芯、大气为包层的多模介质光
波导。石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，仅有少部分光能沿芯包界面的包层传输，光波传输过程中光的损耗很小。石英玻璃棒上有污染时，由于污染物改变了高次模及基模的传输条件，同时污染粒子对光能的吸收和散射等会产生光能损耗。通过检测光能参数可计算出传感器表面盐分的含量。
（2）雷电在线监测
a.雷电定位系统
雷电探测定位的原理是对雷电发生时伴有的电磁辐射信号等雷电波信息特征量进行测定，再通过算法分析来得到雷电发生的时间、地点、雷电流幅值、极性与回击次数等相关雷电信息，呈现出雷电活动的实时动态图。
目前采用的雷电探测定位技术有定向雷电定位技术和时差雷电定位技术。定向雷电定位技术根据2个及以上探测站接收到的雷电电磁信号测定雷电方位角，再根据三角定位原理计算出雷击点的位置。时差定位技术根据电磁信号到达各探测站的时间差来计算雷击位置，根据电磁波的强度来确定雷电流的大小。
雷电定位系统对雷电的定位非常有效，便于检修人员及时找到雷击点，在输电线路运行中已广泛应用。雷电定位系统在应用中也存在一些问题：
①雷电定位系统给出的雷电流幅值无法确定其准确性，存在较大的误差，这在很大程度上影响了线路雷击方式的判定；
② 按雷电定位系统给出的地区雷暴日数较高，与常规方法得出的雷暴日有较大出入。
b.雷电流在线测量
雷电流在线测量可测量雷电流大小、波形参数，有利于判断雷击方式，可积累雷电基础参数，有助于分析雷击输电线路的影响因素，对在各种典型地区有针对性地采取合理有效的防雷措施具有重要作用。
线路防雷遇到的一个重要问题是雷击方式的确定，当线路遭受雷击后，事故
分析需要知道雷击方式。线路遭受雷击而跳闸的原因有反击和绕击2种，在现场查明雷害事故时，尤其要区分雷击事故是绕击还是反击引起的。有时线路的雷击跳闸由绕击引起，却错误地降低接地电阻，浪费了大量的人力和物力，效果也不明显。一条线路跳闸率高的具体原因，应根据具体情况及线路运行经验仔细分析，这样才能采取合理有效的措施，保证系统安全可靠运行。目前常用的方法是反推法，根据测量到的雷电流大小来确定雷击方式，雷电流小于60kA即判断为绕击；雷电流大于60kA即判断为反击。这种方法明显缺乏足够的说服力，迫切需要其他方法来解决该问题。
2．4 输电线路带电检测技术现状分析
（1）紫外检测
紫外检测技术利用紫外成像仪接收电晕放电产生的紫外线信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕的位置和强度的目的。检测仪器与被检测对象没有电气接触，紫外检测设备灵敏度高，性能稳定，能有效检测线路电晕放电情况，为输电线路状态检测提供了一种先进手段。
紫外成像对于一些外部有电晕和放电的缺陷较为敏感，如导线外部损伤、断股、散股等故障易检测；在一定程度上能够反映一些绝缘子缺陷，如复合绝缘子的护套损伤、电蚀，在雨后或潮湿天气中能观测到，在干燥天气中不明显；对于零值绝缘子的测量判则敏感性较弱。目前，正在开展该检测技术的相关应用研究，使用它观测各种电力设备的故障状态，积累运行经验，方便使用。
（2）红外检测
电气设备存在外部或内部故障时，往往伴随着不正常的发热或温度分布异常。红外检测通过探测设备表面的红外辐射信号获得设备的热状态特征，从而对设备有无故障、故障属性、存在位置和严重程度进行判别。红外检测技术具有远距离、不接触、不解体、安全可靠、准确高效地发现设备热缺陷的优点，它既可检测出各种类型的设备外部接触性过热故障，又能比较有效地检测出设备内部导流回路的缺陷和绝缘故障，因而方便有效，并可将故障消除在萌芽状态。
红外检测装置有红外测温仪、红外热电视和红外热像仪等。应用时，可根据实际情况合理选用红外测温仪和红外热像仪，对输电线路的关键设备和设备的关键部位定期进行红外检测，建立红外测温数据库(含温升、相对温差等)和红外热像图谱库，并定期做出技术报告并分析，以判断设备是否正常。红外检测技术在超高压系统的应用较为普遍，已有成熟经验。
（3）超声波检测
超声波检测法可用来检测复合绝缘子芯棒裂纹。超声波检测的实现是基于超声波从一种介质进入另一种介质的传播过程中会在两介质的交界面发生反射、折射和模式交换的原理，超声波发生器发射始脉冲进入绝缘子介质，绝缘子有裂纹时，即在时问轴上出现该裂纹的发射波，根据时问轴上缺陷波的大小和位置即可判断绝缘子中的缺陷情况。用超声波检测复合绝缘子机械缺陷时具有操作简单、安全可靠、抗干扰能力强等优点；但由于其存在耦合、衰减及超声波换能器性能问题，在远距离遥测上目前尚未有重大突破，不适合现场检测，主要用于企业生产在线检测以及实验室鉴定。
目前市场上已有基于超声波法的绝缘子局部放电远距离侦测器，该仪器由激光定位点、瞄准器、CTRL接换器、集波器、耳机、框架等构成。其工作原理是：通过激光定位被测绝缘子，通过集波器收集绝缘子局部放电产生的超声波并将其转换为音频信号，让检测人员通过耳机来收听，并在仪表上观察强度指示。在现场
应用中该法灵敏度较低，实测时复合绝缘子高压端金具经常发生的电晕所产生的背景噪声会淹没绝缘子缺陷所发出的声波。
（4）电场法检测
电场法通过测量绝缘子的电场分布来检测零值绝缘子或复合绝缘子的内绝缘缺陷。运行中的绝缘子，在正常状态下电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的，绝缘子中存在导通性缺陷时，该处电位变为一常数，相应位置的电场将发生畸变。因此，测量绝缘子串的轴向电场分布便可找出绝缘子的绝缘导通性故障。
目前，国外已有相关产品，国内华北电力大学也开发了相关的绝缘子带电检测装置。 该类设备能在一定程度上检出部分缺陷绝缘子，但需要登塔操作，不方便现场使用，只有少量单位有应用。
至今还没有非常适合现场快捷、廉价、有效地检测劣化绝缘子的手段。由于电场法绝缘子带电检测费时、费力，不方便现场使用，要实用化还需继续研究。
2.5结论
(1)由于现有的等值盐密及泄漏电流在线监测还不够成熟，建议仍然采用目前广泛使用的绝缘子现场污秽度离线测量方法，该方式能较为准确地获取线路绝缘子积污状态的第一手信息，在今后仍具有较高的应用价值。
(2)雷电监测方面可利用已有的雷电定位系统，获得线路雷击情况，便于雷击定位，另一方面应在雷电活动频繁地区积极加装雷电寻迹器，准确测量雷电流，便于分析线路遭受雷击的方式，同时也可积累大量的特高压线路雷电流数据，为今后线路防雷提供基础数据。
(3)对线路的重要区段尤其是大跨越部分采用导线风偏振动在线监测和视频监控系统。
(4)鉴于紫外、红外带电检测手段在超高压线路运行状态监测方面已发挥了重要作用，且应用方便，对线路运行无影响，建议全面推广红外检测、紫外检测等成熟的带电检测技术监测高压线路运行状态。
(5)环境监测系统可监测环境大气温度、湿度、雨水电导率、空气中二氧化硫及各种粉尘、盐分含量，数据传输快捷，便于掌握线路典型地区的环境状况，有利于分析线路运行状态，其应用效果较好，可全面推广。