66kV輸電線路故障定位技術(shù)的研究

孔劍虹 郭兆成 徐 宇 柳尚一

（國網(wǎng)大連供電公司）

0 引言

大量實例表明，在 66kV輸電線路中，應(yīng)用SCADA技術(shù)和移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成的故障定位系統(tǒng)，不但可以提高輸電線路的運(yùn)行質(zhì)量，而且還能很大程度上縮短故障檢修的時間。故障檢測和定位在國內(nèi)外已有不少研究方案。因此，本文結(jié)合現(xiàn)有資料和實際案例，對66kV輸電線路故障定位技術(shù)做了如下研究。

1 案例分析

某66kV變電站電壓等級為220/66kV，其中，2回220kV進(jìn)線、10回66kV回線，具體負(fù)荷為：1號線路，12.5MW，cosφ 0.85；2號線路，12.5MW，cosφ 0.83；3號線路，12.8MW，cosφ 0.87。該變電站故障檢測和維護(hù)采用了線性故障定位技術(shù)，取得良好成效。

2 66kV輸電線路故障定位技術(shù)的作用

第一，利用SCADA技術(shù)和移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成的故障定位系統(tǒng)，當(dāng)輸電線路中發(fā)生故障時，此系統(tǒng)可以快速檢測出發(fā)生故障的位置，并在相應(yīng)監(jiān)控主站上顯示發(fā)生故障的種類和時間，并進(jìn)行報警，同時把故障相關(guān)信息第一時間傳輸?shù)讲僮魅藛T的移動終端設(shè)備上，可以很大程度上縮短故障維修的時間和停電時間，降低故障造成的損失。

第二，能夠幫助故障維修人員對故障進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并制定相應(yīng)的故障維修方案和預(yù)防故障再次發(fā)生的措施。

第三，對輸電線路中發(fā)生的瞬時故障，可以及時提醒維修人員該線路中存在的薄弱點，進(jìn)行行之有效的防護(hù)，避免發(fā)生更大的故障。這一方面可以降低輸電線路中故障維護(hù)的費(fèi)用，另一方面一旦輸電線路中發(fā)生故障，就可以第一時間對相應(yīng)的故障進(jìn)行分析，并找到故障發(fā)生的原因和具體位置，提高故障處理的效率，保障66kV輸電線路安全、可靠地運(yùn)行。

3 66kV輸電線路故障定位技術(shù)

目前輸電線路故障定位技術(shù)大體上可以分為兩大類，一類是行波法。其故障定位的原理是根據(jù)行波傳輸理論來對故障發(fā)生點的距離進(jìn)行測試。當(dāng)輸電線路中發(fā)生故障時，在發(fā)生故障的位置，會出現(xiàn)一定量的暫態(tài)波，暫態(tài)波會沿著電力傳輸?shù)姆较蜻M(jìn)行傳播，其傳播速度接近光速約30萬km/s，把行波達(dá)到測量裝置的時間和光速相乘，就可以計算出發(fā)生故障的具體位置。另一類是故障分析法。在66kV輸電線路中建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過采集發(fā)展故障點的電流信號和電壓信號，然后輸入數(shù)學(xué)模型當(dāng)中，就可以計算出發(fā)生故障的具體位置。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，故障定位技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，主要包括以下幾種。

（1）傳感器技術(shù)

無論是波形法還是故障分析法，在輸電線路故障定位時都需要獲得相應(yīng)的信號，此時就需要用到傳感器技術(shù)和互感器技術(shù)對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而達(dá)到定位故障的目的。但傳感器和互感器在具體應(yīng)用過程中，會產(chǎn)生較大的誤差，從而影響故障定位的準(zhǔn)確性。可以把電壓互感器和電容結(jié)合在獲取行波信號上，則可以有效獲得故障點的暫態(tài)信號，但此種方式會增加系統(tǒng)輸電線路的安全隱患，對相關(guān)技術(shù)有很高的要求。

（2）高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)

通過上文分析可以看出，行波法測定故障點的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確獲得行波和光速之間的時間差，而光速高達(dá)30萬km/s，就必須提高相關(guān)數(shù)據(jù)采集的速度。研究表明，如果采集速度為 0.5MHz，定位誤差為150～200m；當(dāng)采集速度為 10MHz時，故障定位誤差為10～15m。因此，在實際測定中控制采集速度在10～20MHz時就可以充分滿足故障定位需求。

（3）SCADA技術(shù)

SCADA技術(shù)是數(shù)據(jù)采集技術(shù)和監(jiān)視控制系統(tǒng)的簡稱，該技術(shù)是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的DCS和電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，是輸電線路中EMS系統(tǒng)的主要技術(shù)，具有信息完整、效率高、能快速診斷出線路故障位置的優(yōu)勢，也是目前我國輸電線路中電力調(diào)度的主要技術(shù)，具有無可替代的作用。

（4）移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指的是通信的一方或者雙方都在移動中實現(xiàn)通信的技術(shù)，由移動臺、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)共同構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)檢測到輸電線路中發(fā)生故障的位置、原因、種類以后，可以通過移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息及時傳輸?shù)骄S修人員的移動終端上，從而提高故障維修效率。

4 66kV輸電線路故障定位技術(shù)的實現(xiàn)思路

4.1 輸電線路故障定位監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

當(dāng)66kV輸電線路發(fā)生故障以后，故障定位監(jiān)測系統(tǒng)就可以對故障特性變化進(jìn)行合理檢測，并把故障監(jiān)測信息通過GPRS通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)中，主站系統(tǒng)通過相應(yīng)的拓?fù)溆嬎愫凸收戏治鼍涂蓪崿F(xiàn)輸電線路故障定位。

4.2 故障判斷裝置

就該66kV輸電線路變電站而言，為保證輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時可以第一時間監(jiān)測到發(fā)生故障的位置，在中性點設(shè)置了小電阻接地和小電流接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障以后，根據(jù)故障特性的不同，就可以實現(xiàn)對故障的監(jiān)測定位。

（1）小電阻接地系統(tǒng)故障特性

當(dāng)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生短路故障或者單相接地故障時，就會瞬間產(chǎn)生巨大的電流，從而燒毀電路中的供電設(shè)備，此時線路中的保護(hù)裝置會立即啟動，及時切除發(fā)生故障的線路。同時線路電流也會發(fā)生明顯變化，具體的變化規(guī)律如下圖所示。

圖 66kV輸電線路上電流的變化規(guī)律圖

從上圖可以看出，當(dāng)輸電線路中發(fā)生故障以后，線路中正常運(yùn)行的負(fù)荷電流瞬間增加到故障電流，存在ΔT的變化量，同時上級斷路器當(dāng)中的電流保護(hù)裝置斷路器發(fā)生跳閘。故障電流所維持的時間等于斷路器中故障電流的清除時間，此時間最小為 50ms，最長時間不超過3～5s。當(dāng)輸電線路中發(fā)生斷電以后，電流和電壓同時下降為零。

（2）小電流接地系統(tǒng)故障特性

當(dāng)小電流接地發(fā)生故障時，相電壓會持續(xù)降低，但故障線路穩(wěn)態(tài)電流的變化不是非常明顯。所以，在變電站不跳閘的情況下，系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行一段時間。此時暫態(tài)電流大約是穩(wěn)態(tài)電流的3～15倍，發(fā)生故障前后電壓和電流的變化極性相反。故障線路故障點前電流與故障點后電流、健全線路故障相暫態(tài)電流方向相反。

中性點不直接接地系統(tǒng)的單相接地故障監(jiān)測方法包括以下幾種：第一種，高次諧波零序分量在線測量法。此種方法主要適用于變電站故障選線中，在線檢測5次諧波電流的零序分量方向，并對每次檢測的分量進(jìn)行對比。第二種，暫態(tài)信號測量和計算法。此方法是通過接地瞬間分布電容的充放電過程產(chǎn)生的暫態(tài)信號來計算發(fā)生故障的具體位置，通過相應(yīng)的技術(shù)就可以計算出輸電線路中發(fā)生故障的方向和距離檢測裝置的距離。第三種，注入電流法。當(dāng)輸電線路中發(fā)生的單相接地故障以后，在變電站發(fā)生的故障一相注入特殊頻率的信號，然后通過離線裝置進(jìn)行檢測，就可以判斷出發(fā)生故障的具體位置。

4.3 故障錄波法定位技術(shù)

上述故障定位技術(shù)單相接地故障檢測時，都存在一定的局限性。因此，本文分析了一種全新的監(jiān)測故障技術(shù)，即故障錄波法定位技術(shù)。實例表明，此技術(shù)可以對故障發(fā)生時的電流和電場波形數(shù)字化同步錄波，然后相應(yīng)的技術(shù)合成零序暫態(tài)波形，把合成的零序暫態(tài)波形通過 GPRS通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的數(shù)據(jù)中心，最后通過高質(zhì)量穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)信息綜合判斷故障發(fā)生的位置。故障錄波法定位技術(shù)具有原理合理、經(jīng)濟(jì)實用、故障監(jiān)測高效等優(yōu)點?？梢杂行нx擇故障出線，并和現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行配合，從而進(jìn)一步提高輸電線路中故障定位的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合實際案例，對66kV輸電線路故障定位技術(shù)做了深入研究，得出以下幾點結(jié)論：

在66kV輸電線路中應(yīng)用故障定位技術(shù)，不但能縮短故障搶修的時間和停電時間，而且還能保證輸電線路持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

我國對輸電線路故障的研究已近50年，取得了累累碩果，但無論是行波法故障定位技術(shù)還是數(shù)字化建模定位技術(shù)，都有一定的局限性。而故障錄波法定位技術(shù)和其他定位技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢，值得大范圍推廣應(yīng)用。

單一的故障定位方法難免具有局限性，因此，在實際操作中，要結(jié)合更多智能化輸電線路故障定位技術(shù)，才能保證故障定位的準(zhǔn)確性。

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