架空輸電線路跳閘故障智能診斷

摘要：架空輸電線路跳閘故障通常是由于受到雷電、覆冰、強(qiáng)對(duì)流天氣等自然因素的影響而發(fā)生，線路跳閘不僅會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生強(qiáng)烈的逆向沖擊，而且對(duì)絕緣子、導(dǎo)線等也會(huì)形成一定程度的破壞，如果得不到及時(shí)的維修，很可能導(dǎo)致大范圍的電力事故，所以準(zhǔn)確定位跳閘位置，并及時(shí)找到跳閘原因、提出解決和預(yù)防辦法是提高電力系統(tǒng)整體可靠性的唯一有效途徑。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；故障智能診斷；跳閘故障

一、智能診斷系統(tǒng)的基本運(yùn)作原理分析

1.1 智能診斷系統(tǒng)的故障定位基本原理分析

智能診斷系統(tǒng)在架空輸電線路故障精確定位方面所采用的是分布式故障定位技術(shù)，該技術(shù)就是在輸電線路上布置多個(gè)故障電流信號(hào)監(jiān)測(cè)終端裝置，它們將輸電線路本身劃分為若干區(qū)間。從科學(xué)層面來講，它能夠在一定程度上降低輸電線路中所產(chǎn)生的行波波速、波形衰減、弧垂以及其他干擾信號(hào)，有效消除上述因素對(duì)系統(tǒng)故障定位精確度的不利影響，如此才實(shí)現(xiàn)了針對(duì)故障的高精度定位功能。

如圖1，該輸電線路故障發(fā)生在監(jiān)測(cè)終端之間，具體說就是監(jiān)測(cè)點(diǎn)1與監(jiān)測(cè)點(diǎn)M+1之間。此時(shí)故障點(diǎn)同側(cè)的監(jiān)測(cè)終端記錄工頻故障電流信號(hào)方向應(yīng)該相同，而故障點(diǎn)兩側(cè)所記錄的工頻故障電流信號(hào)應(yīng)該方向相反。利用該邏輯判斷原理就能準(zhǔn)確確定故障所發(fā)生的實(shí)際區(qū)間，再通過區(qū)間來精確定位。這里所采用的定位方法就是智能診斷系統(tǒng)工頻短路電流流向法，它對(duì)區(qū)間定位的精確性非常之高。

在確定故障區(qū)間以后，就要展開系統(tǒng)的行波精確定位程序，由于故障點(diǎn)在兩監(jiān)測(cè)終端之間，所以它們的行波電流傳播方向一定是朝相反方向，如圖2所示：

此時(shí)監(jiān)測(cè)終端會(huì)記錄電流的波形與GPS時(shí)鐘，再利用下列算式來計(jì)算故障點(diǎn)的實(shí)際位置為：

在上述兩算式中：L代表兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的行波傳播距離；l1、l2分別代表兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端的行波傳播距離；t1、t2代表兩個(gè)監(jiān)測(cè)終端所記錄的行波電流GPS時(shí)間；υ代表故障行波在介質(zhì)中的傳播速度。如果查到故障點(diǎn)在變電站與監(jiān)測(cè)終端間，就可以利用以下算式來計(jì)算故障點(diǎn)實(shí)際位置，為：

式中：l代表故障點(diǎn)距中最近的變電站行波傳播距離；？t代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的故障點(diǎn)行波到最近的變電站反射故障行波時(shí)間差；υ代表故障行波在介質(zhì)中的實(shí)際傳播速度。根據(jù)以上的故障點(diǎn)定位，智能診斷系統(tǒng)就能快速發(fā)現(xiàn)疑似故障點(diǎn)，并順利進(jìn)入下一階段的故障性質(zhì)識(shí)別。

1.2 智能診斷系統(tǒng)的故障性質(zhì)識(shí)別基本原理分析

一般來說，架空輸電線路的故障性質(zhì)識(shí)別都圍繞雷擊與非雷擊兩種故障辨識(shí)展開。以雷擊故障為例，它還包括反擊與繞擊兩種故障辨識(shí)。其中反擊故障包括兩個(gè)過程，它們分別為雷擊桿塔分流與絕緣子串擊穿，考慮到絕緣子擊穿過程前導(dǎo)線中一定會(huì)產(chǎn)生與雷電流極性相反的耦合電流，所以此時(shí)絕緣子串被擊穿以后其導(dǎo)線電流一定與雷電電流的極性相同。再看繞擊，繞擊的幅值一般都偏大，代表了雷電流直接接入導(dǎo)線，此時(shí)導(dǎo)線對(duì)地電勢(shì)會(huì)快速升高，絕緣子串也會(huì)在此時(shí)承受超過沖擊閃絡(luò)電壓的超負(fù)荷電壓，導(dǎo)致架空輸電線路瞬間發(fā)生閃絡(luò)故障。

二、輸電線路故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1指導(dǎo)故障點(diǎn)查找和故障性質(zhì)識(shí)別

第一，輸電線路故障智能診斷系統(tǒng)可以對(duì)各種故障性質(zhì)進(jìn)行識(shí)別。從這一系統(tǒng)中可以看出，對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和定位是智能診斷系統(tǒng)的主要功能。

該系統(tǒng)記錄的故障時(shí)刻與繼保裝置記錄的故障時(shí)間有一定誤差，這是因?yàn)槔^保裝置采用本機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間，而該系統(tǒng)采用GPS授時(shí)，記錄的是故障發(fā)生的絕對(duì)時(shí)間，更有利于不同系統(tǒng)信息的共享。

第二，故障錄波裝置信號(hào)采樣在變電站內(nèi)進(jìn)行，采樣信號(hào)無法進(jìn)行故障性質(zhì)識(shí)別，在定位準(zhǔn)確度方面受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式及接地故障點(diǎn)阻抗影響較大，往往導(dǎo)致兩端變電站故障錄波裝置診斷結(jié)果不一致。

第三，雷電定位系統(tǒng)只適用于雷電故障，其本身無法確定故障時(shí)刻，可能會(huì)存在不同系統(tǒng)時(shí)間不統(tǒng)一、無法確定故障時(shí)刻的問題。

2.2指導(dǎo)輸電線路防雷措施的開展

了解輸電線路運(yùn)行中實(shí)際遭受的雷擊情況，有助于采取有針對(duì)性的防雷措施、開展輸電線路差異化防雷工作，不但有利于節(jié)約資金，還可以顯著提高輸電線路運(yùn)行可靠性。雷電定位系統(tǒng)是評(píng)估輸電線路走廊落雷密度的有效工具，它從二維平面上分析統(tǒng)計(jì)輸電線路附近區(qū)域落雷情況。但是輸電線路走廊綿延千里，經(jīng)過的地形、氣候復(fù)雜多變，可能由于土壤、地形等原因使輸電線路附近區(qū)域落雷密度特大，但是實(shí)際擊中輸電線路的次數(shù)并不多。輸電線路故障智能診斷系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)雷擊避雷線的耦合電流以及繞擊導(dǎo)線未跳閘電流，利用前述定位原理進(jìn)行雷擊點(diǎn)精確定位，從一維線路實(shí)際遭受雷擊的角度和雷電定位系統(tǒng)形成互補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鑫，楊超.架空輸電線路跳閘故障智能診斷的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，10（18）：108～110.

[2]彭向陽，李鑫，張國清.輸電線路故障辨識(shí)電磁暫態(tài)仿真研究[J].高壓電器，2013，08（16）：92～96.

（作者單位：國網(wǎng)龍巖供電公司）

作者簡介：高達(dá)（1986.5.17），性別：男，籍貫：福建長樂，民族：漢，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，職務(wù)：輸電無人機(jī)班副班長，研究方向：輸電線路運(yùn)檢。