輸電線路故障在線監(jiān)測分析系統(tǒng)的研究

一、輸電線路故障在線監(jiān)測技術(shù)概述

輸電線路傳輸距離十分遠(yuǎn)，沿途地形地貌非常復(fù)雜，自然環(huán)境和氣候條件十分惡劣，并且供電壓力大，造成故障率居高不下。一旦出現(xiàn)線路發(fā)生故障停電，首先給社會帶來極大不便，并擾亂了工礦企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序；其次給電網(wǎng)企業(yè)造成重大損失；此外，一條輸電線路距離較長，分支線路又多，呈不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，查找線路故障，非常困難，浪費(fèi)了大量的人力和物力。

輸電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)將能快速準(zhǔn)確的檢測和定位各種線路接地故障以及短路故障，并將所檢測到的線路故障信息準(zhǔn)確發(fā)送回數(shù)據(jù)中心，供系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、檢索以及后臺查詢使用，從而引導(dǎo)搶修人員迅速而準(zhǔn)確判斷線路的接地故障點(diǎn)以及短路故障，為提高搶修人員的工作效率、減輕電網(wǎng)搶修人員的工作強(qiáng)度，創(chuàng)造了一種有效的手段，同時故障點(diǎn)可以通過遠(yuǎn)程無線GPRS發(fā)射傳輸?shù)诫娋W(wǎng)企業(yè)運(yùn)維檢修部門，線路運(yùn)行維護(hù)等工作人員的手機(jī)或者搶修終端上，可以及時為輸電線路的安全運(yùn)行提供科學(xué)而又有效的判斷依據(jù)，為電網(wǎng)企業(yè)的減人增效提供有力條件。

二、輸電線路故障在線監(jiān)測技術(shù)研究內(nèi)容

輸電線路發(fā)生線路故障后，輸電線路中將會短時流過暫態(tài)故障電流并且故障線路的電壓會發(fā)生大的改變，根據(jù)這些電網(wǎng)發(fā)生的暫態(tài)現(xiàn)象可以有效地判斷該位置的線路發(fā)生何種類型的故障。輸電線路發(fā)生的常見故障包括相間短路和單相接地故障，經(jīng)過長期經(jīng)驗總結(jié)和理論指導(dǎo)，研究出故障判據(jù)以及線路參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)具體描述如下。

（一）相間短路故障判斷依據(jù)：

當(dāng)輸電線路發(fā)生相間短路故障時，等于兩個電源發(fā)生直接短接，線路上一級變電站和線路故障點(diǎn)所構(gòu)成回路上流過瞬時的大電流，同時線路上一級變電站繼電保護(hù)設(shè)備會按照實(shí)現(xiàn)設(shè)定的繼電保護(hù)定值啟動保護(hù)，使得線路發(fā)生跳閘以及斷電。因此，相間短路的故障判據(jù)有3個條件：

1.輸電線路中出現(xiàn)瞬時的突變電流

2.瞬時突變電流持續(xù)的時間滿足不超過3秒鐘，0.02s≤△T≤3s，△T為電流突變時間。

3.3秒鐘后整條輸電線路處于全面停電狀態(tài)。I=0，I為輸電線路故障發(fā)生后的電流。

當(dāng)滿足以上三個條件，輸電線路檢測終端可以準(zhǔn)確判斷該位置后的輸電線路發(fā)生了短路故障。

（二）單相接地故障判斷依據(jù)：

當(dāng)輸電線路發(fā)生了單相線路故障接地時，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時的接地條件，線路會出現(xiàn)各種不同的暫態(tài)現(xiàn)象，包括出現(xiàn)輸電線路發(fā)生對地的分布電容放電電流，接地的線路的對地電壓大規(guī)模下降，接地的線路出現(xiàn)5，7次等高次諧波的增大過程，以及該條輸電線路的零序電流發(fā)生增大。綜上所述，線路的主要接地判斷依據(jù)如下：1.輸電線路暫態(tài)電容電流發(fā)生突然增大2.接地線路的電壓發(fā)生降低3kV以上3.接地線路故障后仍然處于供電狀態(tài)。當(dāng)滿足以上三個條件，輸電線路檢測終端可以準(zhǔn)確判斷該位置后的輸電線路發(fā)生了接地故障。

（三）輸電線路過流：

線路發(fā)生過載、自然雷擊及線路發(fā)生松動等原因，造成輸電線路瞬時發(fā)生過流跳閘，但又立刻重合閘成功并且恢復(fù)正常供電，未造成線路的永久短路。

輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)是一套具有遠(yuǎn)程傳輸方式的可進(jìn)行分布式監(jiān)控、集中數(shù)據(jù)管理、即時告警型的智能化輸電線路故障管理系統(tǒng)。系統(tǒng)使現(xiàn)有輸電線路故障檢測技術(shù)得到一個質(zhì)的飛躍，系統(tǒng)不僅有效地結(jié)合了輸電線路故障檢測和遠(yuǎn)程通訊傳輸技術(shù)，將故障信息即使發(fā)到計算機(jī)終端上和工作人員的手機(jī)上，并在計算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)聲光報警，使輸電線路故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位、信息查詢變得更加方便快捷。

該系統(tǒng)由檢測終端、接收發(fā)射交換機(jī)、后臺系統(tǒng)構(gòu)成。

1.檢測終端由故障檢測電路、故障分析算法電路等構(gòu)成。利用各種輸電線路故障檢測技術(shù)，監(jiān)測線路的實(shí)時運(yùn)行情況，在輸電線路出現(xiàn)短路故障、接地故障、過流等情況下，將采集的故障信息的各類特征數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)的太陽能通訊主機(jī)。

太陽能通訊主機(jī)是利用無數(shù)個串起來的感光電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置。它選用可以產(chǎn)生光伏效應(yīng)的一類多晶硅材料，發(fā)電原理是P型晶體硅經(jīng)過摻雜一定的磷之后可得到N型硅，可以形成P-N結(jié)。

2.接收發(fā)射交換機(jī)作為系統(tǒng)的通訊傳輸裝置，一是將會接收檢測終端發(fā)射的故障線路的各類數(shù)據(jù)信息，并將接受的數(shù)據(jù)信息通過串口直接發(fā)到計算機(jī)終端；二是將后臺系統(tǒng)需要發(fā)送的故障信息短信通過電信運(yùn)營商的移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)到指定工作人員的手機(jī)上，便于線路運(yùn)行維護(hù)人員可以及時有效地發(fā)現(xiàn)輸電線路故障情況。其通訊傳輸主要是靠在每一組檢測終端和接收發(fā)射交換機(jī)上安裝的無線傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)了信息的及時和有效地傳送。

3.系統(tǒng)的監(jiān)控中心由軟件以及硬件構(gòu)成，主要通過采集、分析、計算由檢測點(diǎn)回傳的故障信息，并且按照各類不同類型故障的不同處理流程，進(jìn)行故障的順序記錄、指標(biāo)發(fā)布、遠(yuǎn)程自動告警、故障日志編寫等相關(guān)工作。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，對應(yīng)的輸電線路檢測終端圖標(biāo)發(fā)生變色顯示并且同時進(jìn)行聲光告警，并通過接收發(fā)射交換機(jī)推送故障信息到指定的運(yùn)行維護(hù)人員的手機(jī)上。

研究可用于6-35KV配電線路，也可用于110-500KV輸電線路，能夠適用于架空線路和電纜?？梢允馆旊娋€路的故障檢測和恢復(fù)時間大大提速，減少停電時間、增加了電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量，并且對線路各種狀況全方位監(jiān)測，同時實(shí)現(xiàn)了對輸電線路的快速控制和及時管理。

三、結(jié)束語

基于輸電線路運(yùn)行故障在線監(jiān)測系統(tǒng)是利用GSM、CDMA等公用無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，在供電段建立GSM、CDMA等公用數(shù)據(jù)處理平臺，不僅能夠?qū)崟r遠(yuǎn)程傳輸輸電線路的故障信息，而且通過無線GSM、CDMA等公用網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)上傳提供了一種覆蓋范圍廣、相對安全可靠的無線傳輸通道，為輸電線路的正常運(yùn)行提供了有效的保障。電網(wǎng)企業(yè)通過一個Web頁面就可以實(shí)時、準(zhǔn)確的觀察輸電線路的運(yùn)行情況，及時準(zhǔn)確地判斷出輸電線路故障點(diǎn)，同時線路運(yùn)行維護(hù)人員可快速獲得故障信息并制定故障處理方案，有效減少停電時間，有了可靠的通信手段，實(shí)現(xiàn)了故障信息的實(shí)時、可靠傳輸，大大減少了故障巡視過程，提高了輸電線路的故障檢修效率，增加了輸電線路運(yùn)行的可靠性，降低了電網(wǎng)企業(yè)的輸電線路運(yùn)行維護(hù)成本，減少了用電損失。