1前言
目前，各电力企业一般采用定期人工巡视、派人24小时值守等方式防止线路受到外力破坏，但存在人员到位无法监督、人员需求量大、人力成本高及人员责任心无法保证等问题，已不能确保线路外部安全隐患的可控、在控。近年来出现了视频监控、红外、激光和电场监测等新型防外破技术的研究和应用。视频监控范围和有效性受技术和环境因素影响较大，而且缺乏安全警示和风险预警的功能，无法满足防外破工作需求。红外技术只适用于塔身近距离范围内的外破入侵，限于人或其他红外发射源的监测，容易受环境影响，使用限制较大。激光技术测量精度较高，但存在供电要求难以保障，且只能监控固定距离和固定方向上的外力入侵，局限性较大。场强监测技术具有实现容易、成本低等特点，但大型机械吊臂等均为金属材质，对于电场较为敏感，容易引起电场扰动、畸变，造成探测精度差、误报率高等问题，推广空间有限，应用效果不佳，急需进一步改进。
2预警原理
2．1基本原理
系统的基本原理是通过监测架空输电线路在空间内产生的磁场强度，反算计算点与导线的距离。相对于入侵外物，运行中的架空输电线路任意一相导线可看作无线长直导线。输电线路工频电场是一种准静态场，工频磁场仅由电流产生，即可以认为工频电场和磁场是分开的。
由于工频磁场的准静态性质，线路的磁场仅由电流产生。把安培定律应用于载流导线，将计算结果叠加，即可求出导线周围的磁场强度。与计算电场不同的是关于镜像导线的考虑，即和导线所处高度相比，计算磁场时这些镜像导线位于地下很深的距离d，可近似取为：
上式中：ρ为大地电阻率，f为频率。
磁场的精确计算需要用卡尔逊公式来估算大地的不良导电效应。但在一般情况下，只考虑处于空间的导线，而不考虑它的镜像已足够精确。导线没有考虑镜像时，电流为I的单根输电线产生的磁感应强度：
上式中：x1、y1为导线的横坐标和纵坐标；x、y为装置所处的空间P点的横坐标和纵坐标；u0为空气磁导率；r为空间P点与导线的距离。另外两相导线在P点产生的磁场强度可按照同样方法计算，最后将三相导线在P点产生的磁场强度叠加，即可得出P点合成磁场强度。
由上式可知，如架空输电线路运行电流和P点合成磁场强度已知，则可根据公式反算出P点距离导线的距离。
2.2预警分级标准
根据大型吊臂与输电线路的最小距离以及对线路造成的影响程度，设定注意级距离、危险级距离和停止级距离，如表1所示。
根据以上标准，将大型机械对输电线路的外力破坏行为形成过程中分为安全、注意、危险、停止四个区域。
（1）停止区：当作业车辆吊臂与带电导线距离小于或等于安规规定的安全距离时，发出高频的语音和强光要求作业人员停止作业。
（2）危险区：当作业车辆吊臂与带电导线距离处于安全距离和预设声光报警距离之间时，发出高频的语音和强光警示用户进入危险区，尽量退出危险范围。
（3）注意区：当作业车辆吊臂与带电导线距离处于预设声光报警距离与预设语音警示距离之间时，发出高频的语音和强光警示用户进入注意区，要时刻注意作业范围。
（4）安全区：当作业车辆吊臂与带电导线距离大于预设语音警示距离时，处于安全作业区域。
3系统组成
基于磁场测量的输电线路防外破预警系统由电流测量装置、磁场测量装置和报警装置组成，装置应用示意图如图1所示。
该监测系统主要由电流测量装置、磁场测量装置和报警装置三部分组成，其中，智能PDA利用现有智能手机即可。三种装置之间采用射频通讯的方式进行传输数据。其中，电流测量装置安装于架空输电线路导线上，实时测量导线电流值；磁场测量装置安装于特种车辆空中作业臂顶端，主要用于测量空间范围磁场强度、计算入侵距离并实时发送报警命令；报警装置安装于特种车辆驾驶室内，主要用于显示测距结果及危险警示。装置之间采用射频通讯的方式进行传输数据。
4现场试验
项目选取某地220kV双回路架空输电线路36#～37#作为试验线路。以挖掘机作为试验对象，将磁场测量装置安装与挖掘机作业臂的顶端，报警装置放置于挖掘机驾驶室内，电流测量装置安装于试验导线上，如图2所示。
试验分析了60A、80A和100A三种工况下，作业车辆在正下方施工和侧面进入架空输电线路不同距离范围内时，通过进行线路电流、磁场强度实时测量反算动态距离，进而实现危险预警的有效性，试验数据如表2所示。
试验表明，基于磁场测量的架空输电线路防外力破坏预警技术可针对3．5米到7．3米间不同的距离，通过电流测量和磁场测量实现危险的分级预警，满足导线附近大型施工车辆防外破监控的工作需求。
5结论
本项目结合电力企业输电线路防外力破坏基本需求及实践经验，将磁场测量技术引入架空输电线路防外力破坏监控领域，研究基于磁场测距的新型防外力破坏技术，开发防外力破坏监控装置。当吊车等大型机械接近输电线路导线时，系统将通过磁场强度等数据反算大型机械与导线距离，通过声光等形式发出报警信号，提醒大型机械操作人员注意上方导线，同时，向输电线路运行维护人员进行远程报警，提高对于吊车等大型机械外力破坏实时监控效能，保障输电线路导线及下方大型机械、人员安全，避免安全事故发生，减少经济损失，提高供电可靠率，对于建设坚强智能电网具有非常重要的作用和意义。
参考文献：
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[2]张烨，黄新波，陈小雄，等．输电线路防外力破坏智能预警系统研究[J]．高压电器，2015（08）：54～61．
[3]李学斌，李建东．输电线路防外力破坏工作开展措施[J]．中国高新技术企业，2015（19）：138～139．
论文作者:李孟春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
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