淺談高壓輸電線路接地故障的定位技術(shù)

邢津

摘要：在昀近幾年中，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，有效帶動(dòng)了我國(guó)電力行業(yè)的進(jìn)一步快速發(fā)展，相應(yīng)地，我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模呈不斷擴(kuò)大趨勢(shì)，隨著人們用電需求量的不斷增加，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高壓遠(yuǎn)距離輸電線路，不管是在電壓等級(jí)方面還是在傳輸功率方面，輸電線路均在不斷提升，所以在我國(guó)電力系統(tǒng)中，高壓輸電線路逐漸發(fā)展成為昀為重要的輸電網(wǎng)絡(luò)。作為高壓輸電線路與特高壓輸電線路，不但需要負(fù)責(zé)大功率電能輸送工作，而且需要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)工作，能夠進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，所以電網(wǎng)的整體可靠性深受高壓輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性高低的影響?；诖耍疚膶?duì)高壓輸電線路接地故障的定位技術(shù)進(jìn)行深入研究，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高壓;輸電線路;故障

1 高壓輸電線路故障定位技術(shù)的重要作用

在維護(hù)電網(wǎng)中，常常會(huì)選用高壓輸電線路故障定位技術(shù)，這種技術(shù)發(fā)揮著極為重要的作用，具體包括：第一，有助于經(jīng)濟(jì)損失的減少。在輸電線路中，一旦發(fā)生故障問(wèn)題，極易帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，而通過(guò)運(yùn)用高壓輸電線路故障定位技術(shù)，則能夠促使運(yùn)行維護(hù)工作人員及時(shí)維修與排除故障點(diǎn)，有助于經(jīng)濟(jì)損失的減少;第二，有助于時(shí)間的節(jié)約。通過(guò)合理運(yùn)用高壓輸電線路故障定位技術(shù)，可以幫助運(yùn)行維護(hù)工作人員更快確定故障點(diǎn)，有助于運(yùn)行維護(hù)工作人員巡線時(shí)間的節(jié)約;第三，可以合理分析線路薄弱點(diǎn)。在線路薄弱部位中，輸電線路偶爾會(huì)發(fā)生瞬時(shí)故障問(wèn)題，運(yùn)行維護(hù)工作人員通過(guò)運(yùn)用故障定位技術(shù)深入分析薄弱部位，能夠制定相應(yīng)合理、科學(xué)的保護(hù)措施，能夠有效避免發(fā)生永久性故障問(wèn)題，能夠有效降低線路的維護(hù)成本，能夠有效提高輸電線路的穩(wěn)定性與安全性。

2 常用的高壓輸電線路接地故障定位方法

2.1 故障分析法

所謂故障分析法，就是指將測(cè)量設(shè)備在高壓輸電線路產(chǎn)生故障問(wèn)題時(shí)獲取的電流值與電壓值作為主要依據(jù)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行深入分析與計(jì)算后，獲取到故障點(diǎn)位置的一種方法。故障分析法包括兩大類，分別為單端測(cè)距法、雙端測(cè)距法。

2.1.1 單端測(cè)距法

在運(yùn)用單端測(cè)距法時(shí)，因?yàn)閮H需運(yùn)用單側(cè)的數(shù)據(jù)與信息，便于采集與操作數(shù)據(jù)，極易被系統(tǒng)所接受。當(dāng)高壓輸電線路發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，針對(duì)線路系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)與由線路一端檢測(cè)到的電壓值與電流值，通過(guò)將其作為依據(jù)來(lái)對(duì)故障點(diǎn)位置進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。不過(guò)，單端測(cè)距法存在一定的不足之處，假如故障測(cè)距對(duì)象為雙端供電的輸電線路系統(tǒng)，要想將故障點(diǎn)側(cè)助增電流、過(guò)渡電阻對(duì)該系統(tǒng)的影響予以消除，僅采集單側(cè)信息是不行的，嚴(yán)重降低高壓輸電線路故障定位結(jié)果的準(zhǔn)確率。

2.1.2 雙端測(cè)距法

雙端測(cè)距法，就是指在線路故障同時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)兩端采集的電氣量進(jìn)行故障定位的一種方法。由于雙端測(cè)距法在進(jìn)行故障定位時(shí)需要在故障點(diǎn)電壓相同條件下根據(jù)兩側(cè)電壓電流進(jìn)行相關(guān)推算工作，但是在雙端測(cè)距法中卻存在兩端數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，所以只有通過(guò)利用通信技術(shù)，才能夠同時(shí)收獲線路兩側(cè)的數(shù)據(jù)信息。

2.2 阻抗法

所謂阻抗法，就是指根據(jù)高壓輸電線路測(cè)量裝置在輸電線路發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)測(cè)量得到的電壓值與電流值，對(duì)故障阻抗進(jìn)行計(jì)算，將故障阻抗與高壓輸電線路長(zhǎng)度二者之間的正比關(guān)系作為主要依據(jù)，對(duì)故障點(diǎn)位置進(jìn)行估算。阻抗法包括兩種類型，分別為單端測(cè)距法、雙端測(cè)距法。

2.3 行波測(cè)距法

所謂行波測(cè)距法，就是指利用輸電線路分布參數(shù)模型，對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集過(guò)程中輸電線路產(chǎn)生的行波，通過(guò)有效分析、計(jì)算后獲取故障距離的一種方法。行波測(cè)距法大致包括 4種不同類型，分別為 A、D、E、F。

3 輸電線路行波故障定位技術(shù)分析

3.1 行波的定義

當(dāng)高壓輸電線路產(chǎn)生故障問(wèn)題時(shí)，通過(guò)選用疊加原理能夠深入分析故障行波。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障問(wèn)題的瞬時(shí)間，針對(duì)該暫態(tài)過(guò)程，可以將其視為將一個(gè)與故障大小相等、前方向相反的虛擬電壓源安裝在輸電線故障位置處。高壓輸電線路在虛擬電壓源影響作用下會(huì)出現(xiàn)向兩端母線進(jìn)行傳播的行波。在整個(gè)系統(tǒng)中，行波會(huì)進(jìn)行往返反射、折射，昀后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

行波故障測(cè)距

2.1A型單端行波測(cè)距法

當(dāng)高壓輸電線路產(chǎn)生故障問(wèn)題時(shí)，故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電流行波與電壓行波，傳播方向與輸電線路兩端母線方向相反，在傳播過(guò)程中，故障行波會(huì)進(jìn)行反射與折射，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定程度的衰減與畸變，昀后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，故障行波在故障點(diǎn)、輸電線路母線二者之間來(lái)回一次所需的時(shí)間用t表示。將測(cè)量裝置設(shè)置在輸電線路的母線端，對(duì)反射波頭、波頭二者之間的時(shí)間差△t進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)行波波速，對(duì)輸電線路故障點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2D型雙端行波測(cè)距法

D型雙端行波測(cè)距法，就是指運(yùn)用行波波速的乘積、故障行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來(lái)對(duì)輸電線路故障距離進(jìn)行計(jì)算的一種方法。在運(yùn)用雙端測(cè)距法時(shí)，應(yīng)將檢測(cè)互感器安裝在輸電線路的兩端，與通信同步，以精準(zhǔn)獲取行波波頭到達(dá)兩側(cè)母線的時(shí)間。

3.2.3E型、F型行波測(cè)距法

E型、F型行波測(cè)距法，主要運(yùn)用故障線路重合閘時(shí)出現(xiàn)的暫態(tài)行波來(lái)進(jìn)行故障定位工作。在進(jìn)行重合閘時(shí)，選用輸電測(cè)量端得到的初始行波浪涌作為第一個(gè)正向行波浪涌，在對(duì)采集點(diǎn)與故障點(diǎn)二者之間的距離進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將以上浪涌與其在故障位置反射波二者之間的延時(shí)作為重要依據(jù)。當(dāng)本端合閘產(chǎn)生的第一個(gè)正向行波浪涌?jī)H存在正向行波、不存在反向行波時(shí)，便可對(duì)故障位置進(jìn)行確認(rèn)。

行波測(cè)距法的關(guān)鍵問(wèn)題

3.1GPS時(shí)間同步裝置

在 1960年，美國(guó)首次研發(fā)成功全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，在昀初該導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要用于軍事領(lǐng)域。然后，美國(guó)繼續(xù)深入研究導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行不斷深入計(jì)算與創(chuàng)新。在 1994年，美國(guó)安裝完成 24顆定位衛(wèi)星，標(biāo)志著 GPS的誕生。因?yàn)?GPS具有多種優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，如精度高、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、全天 24h工作等，全球經(jīng)濟(jì)在建設(shè)發(fā)展中越來(lái)越重視與廣泛運(yùn)用 GPS全球定位系統(tǒng)。在選用 D型雙端故障測(cè)距法過(guò)程中，為對(duì)測(cè)距精度進(jìn)行提高，精準(zhǔn)的時(shí)間同步是關(guān)鍵，而選用 GPS全球定位系統(tǒng)，則能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路雙端時(shí)間同步的目的。

3.3.2 獲取故障行波信號(hào)

針對(duì)獲取的故障行波是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)，主要根據(jù)輸電線路的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行確定，并以此為重要依據(jù)，對(duì)輸電線路母線兩端需裝置的互感器類型、規(guī)格進(jìn)行確定。只要輸電線路發(fā)生故障問(wèn)題，便會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行至母線兩端的故障電壓、故障電流行波，在這種情況下，可以通過(guò)運(yùn)用母線端安裝的互感器來(lái)采集行波信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)的高壓輸電線路接地故障問(wèn)題，傳統(tǒng)故障定位方法現(xiàn)已無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效解決與應(yīng)對(duì)，需要結(jié)合選用更多高端、高科技的高壓輸電線路故障定位技術(shù)，如輸電線路行波故障定位技術(shù)等，為確保我國(guó)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行與電力的正常輸送，確保我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷可持續(xù)發(fā)展，一定要對(duì)高壓輸電線路接地故障定位技術(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。本文對(duì)高壓輸電線路接地故障的定位技術(shù)進(jìn)行了深入分析，以期對(duì)有關(guān)輸電線路維護(hù)工作人員的工作起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李玉敦，王大鵬，趙斌超，等.特高壓輸電線路故障診斷與定位系統(tǒng)仿真研究[J].山東電力技術(shù)，2016，43（07）：1-3，17.

[2]董愛(ài)華，李志超，閔天文，等.基于多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高壓輸電線路故障定位新方法[J].控制工程，2016，23（03）：411-416.

[3]馮亞平.高壓輸電線路故障定位技術(shù)的研究[D].西安理工大學(xué)，2017.