高壓輸電線路故障定位技術(shù)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響

(1.山西能源學(xué)院，山西 晉中 030600；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司，山西 晉中 030604；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 葫蘆島 125105)

0 引言

我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃提出到2020年基本建成安全可靠，清潔環(huán)保的智能電網(wǎng)體系。智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃使電力系統(tǒng)邁入跨區(qū)域的大電網(wǎng)時(shí)代。我國(guó)電網(wǎng)著力解決能源供應(yīng)問題，大力建設(shè)高壓骨干網(wǎng)絡(luò)，隨著特高壓工程建設(shè)，電網(wǎng)中安裝各種控制裝置，如高壓直流輸電裝置及清潔能源并網(wǎng)，使電網(wǎng)動(dòng)態(tài)化，用戶對(duì)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求提高，受到自然條件的影響，電力系統(tǒng)發(fā)生故障，不能及時(shí)判斷處理會(huì)擴(kuò)大故障，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。大范圍停電事故中主要原因是電網(wǎng)運(yùn)行小故障未引起重視，所以只有加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，才能根據(jù)故障迅速采取措施恢復(fù)供電，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行?？焖贉?zhǔn)確定位故障發(fā)生位置對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 高壓輸電線路故障定位技術(shù)概述

國(guó)內(nèi)外大量專家致力于研究高壓輸電線路故障定位，研究裝置投入應(yīng)用，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。高壓輸電線故障定位方法發(fā)展經(jīng)歷4個(gè)階段。最早在電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸電線故障定位的儀器由靜態(tài)電子構(gòu)成模擬裝置，故障錄波器用膠片作記錄載體，1935年投入高壓輸電線故障定位器是指針儀表，早期高壓輸電線故障定位精度不高，二戰(zhàn)后輸電線路故障定位技術(shù)發(fā)展加快。經(jīng)過不斷研究發(fā)展五六十年代，行波法被認(rèn)為是理想的故障定位方法，20世紀(jì)70年代中期后，微機(jī)型保護(hù)裝置投運(yùn)為故障定位技術(shù)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸電線故障定位的方法，利用計(jì)算機(jī)對(duì)電壓數(shù)字信號(hào)計(jì)算處理得到故障點(diǎn)位，無法消除過度電阻的營(yíng)銷，單端故障定位算法加入提高故障定位精度，出現(xiàn)了大量計(jì)算機(jī)故障定位裝置。20世紀(jì)80年代后，隨著繼電器保護(hù)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，微機(jī)故障錄波器成為故障定位主力，為雙端故障定位法的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著GPS對(duì)民開放，雙端故障定位中所需高精度同步時(shí)鐘條件有了保障，雙端法故障定位中獲取對(duì)端故障信息，故障錄波快速發(fā)展，為采用雙端故障電氣量定位奠定了基礎(chǔ)，采用雙端故障電氣量定位法結(jié)果優(yōu)于單端法。現(xiàn)代行波法在故障定位原理，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)等方面取得了很多重大突破，產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)效益[2]。近年來，高壓輸電線故障定位法引入智能理論算法，分為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)。優(yōu)化方法、模糊理論等成果引入故障定位研究中。出現(xiàn)了許多智能技術(shù)間的交叉結(jié)合，國(guó)外有專家提出運(yùn)用分布式光纖溫度傳感器，進(jìn)行線路故障定位的方法，輸電線故障定位法趨于智能化。

2 高壓輸電線路故障類型

電力行業(yè)是工業(yè)的基本動(dòng)力，包括發(fā)電、輸變電等環(huán)節(jié)，電能生產(chǎn)與消費(fèi)同時(shí)進(jìn)行，需要統(tǒng)一調(diào)度分配，電力行業(yè)任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致供電中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。我國(guó)電力行業(yè)迅猛發(fā)展，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行的因素逐步顯現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生大量高壓輸電線路故障誘發(fā)的系統(tǒng)瓦解事故，依據(jù)高壓輸電線故障發(fā)生的原因可分為永久性故障、隱性故障。永久性故障是多個(gè)導(dǎo)體對(duì)地基導(dǎo)體間的短路故障，外力對(duì)輸電線造成機(jī)械性損害。瞬時(shí)性故障是因雷電等過電壓引起閃絡(luò)，可能因鳥類造成導(dǎo)體對(duì)地，發(fā)生故障可進(jìn)行重合閘。絕緣擊穿多因老化等原因造成線路絕緣性能下降，正常運(yùn)行的電壓絕緣擊穿造成短路，故障切除后無明顯破壞跡象。隱性故障發(fā)展到瞬時(shí)閃絡(luò)不可預(yù)測(cè)，在正常電壓下不擊穿。依據(jù)故障形式可分為三相短路，兩相接地短路與斷相故障。單向接地孤航為電力系統(tǒng)出現(xiàn)次數(shù)最多的故障類型。

3 高壓輸電線路故障定位方法

高壓輸電線故障定位法在國(guó)內(nèi)外專家努力下，取得大量有價(jià)值的成果，故障定位精度受到很多因素影響。對(duì)目前故障定位方法進(jìn)行歸納，探索研究更優(yōu)的方法實(shí)現(xiàn)精確的故障定位。高壓輸電線故障定位法可分為端點(diǎn)測(cè)量法、信號(hào)注入法、區(qū)段定位法與其他方法。

端點(diǎn)測(cè)量法利用線路端點(diǎn)測(cè)量故障信息進(jìn)行定位，阻抗法故障原理是故障回路阻抗與故障點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)距離成正比，計(jì)算測(cè)量點(diǎn)阻抗與單位阻抗比值，得到故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)距離。單端法無需通信得到廣泛應(yīng)用，可分為微分方程法與工頻分量法，雙端法不存在系統(tǒng)誤差，在電力系統(tǒng)應(yīng)用得到很大發(fā)展。區(qū)段定位法是利用探測(cè)器檢測(cè)故障點(diǎn)信息確定故障區(qū)段，在高壓輸電線節(jié)點(diǎn)處安裝故障探測(cè)器，通過分析故障信息實(shí)現(xiàn)區(qū)段定位，探測(cè)器可分為線路FTU與故障指示器[3]。

行波法定位原理是高壓輸電線發(fā)生故障相線路兩端傳播行波信號(hào)，測(cè)量暫態(tài)行波故障信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障定位，分為單端法與雙端法，通過測(cè)量故障點(diǎn)產(chǎn)生行波信號(hào)往返時(shí)間實(shí)現(xiàn)故障定位[4]。傳統(tǒng)行波測(cè)距法案原理分為ABCD四類，A型故障定位原理是測(cè)量故障點(diǎn)行波到測(cè)量點(diǎn)往返時(shí)間確定距離，B型原理是借助測(cè)量故障點(diǎn)行波信號(hào)到達(dá)母線時(shí)間確定故障點(diǎn)位。C型故障定位原理是C型測(cè)距裝置發(fā)射直流脈沖，用高頻脈沖往返時(shí)間進(jìn)行故障定位。D型定位原理是利用產(chǎn)生暫態(tài)初始行波到達(dá)母線時(shí)間差計(jì)算故障點(diǎn)距。

智能法包括基于專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障定位法，專家系統(tǒng)原理是建立在專家經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)知識(shí)處理與定位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位原理是通過樣本學(xué)習(xí)獲取知識(shí)實(shí)現(xiàn)定位[5]。

4 高壓輸電線路故障定位方法對(duì)比

根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用對(duì)輸電線故障定位方法提出經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性要求，選出適合的高壓電輸電線路故障定位方法。常規(guī)法存在各種缺點(diǎn)，近些年大批專家不斷研究，出現(xiàn)大量故障定位儀器，投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，有可行性高，操作方便等優(yōu)點(diǎn)[6]。智能法雖響應(yīng)速度快，計(jì)算精度高，但研究剛起步，相關(guān)理論研究處于開發(fā)階段，專家系統(tǒng)存在獲取知識(shí)瓶頸問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是難以通過硬件實(shí)現(xiàn)其功能。

具體定位法可通過電氣量測(cè)量得到故障點(diǎn)位置，區(qū)段定位法中定位精度受到信號(hào)干擾，小電流接地故障檢測(cè)按摩效果不理想，無法獲得具體位置。饋線終端(FTU)僅適合配電網(wǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，無法大面積使用。端點(diǎn)法貫穿于輸電線路故障定位法發(fā)展，取得了豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，信號(hào)注入法利用主動(dòng)向線注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，不受消弧線圈影響，在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)，信號(hào)強(qiáng)度受互感器容量限制，尋找故障點(diǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，可能引發(fā)系統(tǒng)第二點(diǎn)接地造成自動(dòng)跳閘。電力系統(tǒng)負(fù)荷種類多，使得電網(wǎng)存在接近注入信號(hào)干擾信號(hào)測(cè)量。

阻抗法簡(jiǎn)單易行，但方法需要一定條件，包括工頻基波量，三相對(duì)稱，不考慮過渡電阻，故障暫態(tài)諧波及線路參數(shù)等因素影響。測(cè)量精度低，受線路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，故障點(diǎn)過渡電阻等因素影響較大。不適用于帶串補(bǔ)電容線路，同桿雙回線路故障定位，處理閃絡(luò)故障時(shí)精度不高。

5 結(jié)語

本文簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外高壓輸電線路故障定位方法，實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路故障定位可與三維地理信息系統(tǒng)結(jié)合，直觀顯示出現(xiàn)場(chǎng)地貌情況，結(jié)合先進(jìn)的控制方法，故障定位方法的信息化研究將成為新的熱點(diǎn)。