長(zhǎng)距離輸配電線路故障區(qū)間定位方法研究

鄧紹敏

摘要：為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸配電線路故障區(qū)間的準(zhǔn)確定位，及時(shí)解決長(zhǎng)距離輸配電線路的故障，本文對(duì)其定位方法進(jìn)行研究。希望通過(guò)本次的研究，可以為長(zhǎng)距離輸配電線路故障的定位和解決提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：輸配電線路;長(zhǎng)距離輸電;線路故障;故障區(qū)間;定位方法

引言：在長(zhǎng)距離輸配電線路的運(yùn)行過(guò)程中，故障區(qū)間的科學(xué)定位是保障檢修效率和檢修質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。因此在具體的線路檢修過(guò)程中，一定要注重區(qū)間定位方法的研究和應(yīng)用，以此來(lái)做到故障的準(zhǔn)確定位和及時(shí)有效維修。

一、通過(guò)電流相角差值來(lái)定位故障區(qū)間

（一）區(qū)間電流相角差值定義

把一個(gè)長(zhǎng)距離輸配電線路按照很多雙端、沒(méi)有分支的區(qū)間段進(jìn)行劃分，然后將每一個(gè)區(qū)間段兩端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，假設(shè)某區(qū)間段兩端節(jié)點(diǎn)分別是P和Q，且P和系統(tǒng)電源距離更近，所以P相當(dāng)于Q的上游節(jié)點(diǎn)，在該線路中，將上游指向下游的方向定義為正方向，也就是P指向Q的方向是正方向。P節(jié)點(diǎn)位置的電流是IP，Q節(jié)點(diǎn)位置的電流是IQ，IP的相位角是θP，IQ的相位角是θQ。由此可以對(duì)這一區(qū)間段之內(nèi)的電流相角差值進(jìn)行定義，即：

（二）區(qū)間故障之前和故障之后電流相角差值特征分析

在故障區(qū)間兩端的節(jié)點(diǎn)位置，可能同時(shí)存在接入電源現(xiàn)象，也可能是一端和電源連接，一端和負(fù)載連接，這就需要對(duì)線路中某一區(qū)間故障發(fā)生之前和發(fā)生之后各個(gè)相的電流相角差值變化來(lái)進(jìn)行特征分析。具體分析中，假設(shè)一個(gè)區(qū)間段兩端節(jié)點(diǎn)分別是P和Q，其故障發(fā)生之前的分析模型如下圖所示：

在上圖中，P節(jié)點(diǎn)電壓是UP，Q節(jié)點(diǎn)電壓是UQ;P節(jié)點(diǎn)電流是IP，Q節(jié)點(diǎn)電流是IQ，該區(qū)間內(nèi)串聯(lián)電阻的阻抗是Z，并聯(lián)導(dǎo)納是Y。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榫€路中有對(duì)地電容存在，所以并聯(lián)導(dǎo)納受到了相應(yīng)影響，導(dǎo)致該區(qū)間線路和大地之間有電容電流存在，IP和IQ幅值和相位也都存在不同，具體情況如下圖所示：

在上圖中，IPF是故障發(fā)生之后的P節(jié)點(diǎn)電流，IQF是故障發(fā)生之后的Q節(jié)點(diǎn)電流，從圖中可以看出，在區(qū)間故障發(fā)生之后，IP和IQ之間出現(xiàn)了一個(gè)夾角θ，θ的角度值也就是這一線路區(qū)間發(fā)生故障之前電力相角差值的絕對(duì)值。通常情況下，在線路區(qū)間發(fā)生故障時(shí)，如果兩端都接入了電源，IPF和IQF會(huì)趨近于反向，IPF和IQF之間的夾角θF會(huì)是一個(gè)鈍角，而這個(gè)鈍角就是故障發(fā)生之后這一區(qū)間電流相角差的絕對(duì)值。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，如果這個(gè)區(qū)間僅僅有一端和電源連接，也會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。

（三）通過(guò)電流相角差值來(lái)定位故障區(qū)間的方法

在對(duì)某一區(qū)間進(jìn)行故障判斷的過(guò)程中，如果該區(qū)間內(nèi)的電流相角差值絕對(duì)值I△θ在N個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)位置都出現(xiàn)I△θ>的情況（其中，N為大于1的正整數(shù)，為判定閾值），則表明這一區(qū)間內(nèi)發(fā)生了故障，如果不滿足這一條件，則表明這一區(qū)間內(nèi)沒(méi)有發(fā)生故障。

二、通過(guò)節(jié)點(diǎn)零序電流來(lái)定位故障區(qū)間

（一）節(jié)點(diǎn)零序電流定義

在長(zhǎng)距離輸配電線路中，可以通過(guò)各個(gè)區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)位置的零序電流來(lái)進(jìn)行區(qū)間故障識(shí)別和定位。假設(shè)節(jié)點(diǎn)位置的三相電流相量分別是IA、IB和IC，則該節(jié)點(diǎn)的零序電流的定義為：

（二）區(qū)間故障發(fā)生前后節(jié)點(diǎn)零序電流特征分析

在長(zhǎng)距離輸配電線路中，可能存在并網(wǎng)運(yùn)行，也可能存在孤島運(yùn)行，且區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行電源連接。在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，可以將主變系統(tǒng)作為上游，所以區(qū)間之內(nèi)的上游就可以等效成一個(gè)電源，下游可能和很多個(gè)負(fù)載、DG連接，也可能僅僅和負(fù)載連接[2]。在這樣的情況下，可以將所有的DG都等效成一個(gè)電源，將所有的負(fù)載都等效成一個(gè)三相負(fù)載[3]。在孤島運(yùn)行狀態(tài)下，因?yàn)镈G通常為從主控制模式，所以可將主電源作為孤島上游，分別進(jìn)行區(qū)間上下游的等效和簡(jiǎn)化，這樣就可以獲得到這個(gè)區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)位置的零序電流分析模型圖：

應(yīng)用以上的分析模型，可以對(duì)系統(tǒng)三相平衡和不平衡狀態(tài)下的線路區(qū)間故障發(fā)生之前和發(fā)生之后零序電流變化的特征進(jìn)行分析。

（三）通過(guò)節(jié)點(diǎn)零序電流進(jìn)行故障類型判斷的方法

1、三相平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，長(zhǎng)距離輸配電線路各個(gè)區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)電流關(guān)系式為：

IA+IB+IC=0

在此情況下，每一個(gè)區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)位置零序電流的有效值都等于零。

如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相短路故障，則該區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)位置的電流都可以滿足以上的公式，因此在該故障區(qū)間兩端的節(jié)點(diǎn)位置，零序電流有效值也為0.

但是如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相接地短路故障，這個(gè)故障區(qū)間兩端節(jié)點(diǎn)位置的電流至少會(huì)有一個(gè)和以上的公式不相符，所以在這個(gè)故障區(qū)間內(nèi)，兩端節(jié)點(diǎn)位置的零序電壓也至少有一項(xiàng)超過(guò)0[4]。

2、三相不平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，通常會(huì)出現(xiàn)單相復(fù)雜和三相負(fù)載并存的情況，具體的負(fù)載容量以及用電時(shí)間的差異性將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡情況[5]。由于這種情況會(huì)對(duì)輸配電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量造成不利影響，所以再具體的運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，應(yīng)根據(jù)我國(guó)的相關(guān)規(guī)定來(lái)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制。具體控制參數(shù)如下：

而在三相不平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位過(guò)程中，主要可按照以下的方法來(lái)進(jìn)行定位：

1）在三相不平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中每一個(gè)區(qū)間節(jié)點(diǎn)位置的零序電流都會(huì)處在這個(gè)區(qū)間最大相電流有效值的5%以下。

2）如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相相同短路故障，在這個(gè)故障區(qū)間中，兩端節(jié)點(diǎn)位置的零序電流通常會(huì)在故障發(fā)生之前的1-2倍之間，但不會(huì)大于其2倍。

3）如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相接地短路故障，在這個(gè)故障區(qū)間，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)零序電流顯著上升的情況，其零序電流會(huì)達(dá)到故障發(fā)生之前的3-5倍，甚至?xí)^(guò)故障發(fā)生之前的5倍。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在長(zhǎng)距離輸配電線路的運(yùn)維過(guò)程中，只有對(duì)其故障區(qū)間做出準(zhǔn)確定位，才可以讓故障得到及時(shí)有效的維修，進(jìn)而有效保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果，滿足用戶的用電需求。所以在具體的運(yùn)維過(guò)程中，運(yùn)維人員應(yīng)注重故障區(qū)間定位方法的合理應(yīng)用，這樣才可以讓故障得到精準(zhǔn)定位，避免由于定位精準(zhǔn)度不足對(duì)線路檢修效率和質(zhì)量的不利影響。

參考文獻(xiàn)

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