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

吳耀輝

摘要：我國電網(wǎng)發(fā)展結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國家電網(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。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;故障定位技術(shù);電網(wǎng)安全;影響

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特高壓輸電線路會(huì)越來越多，輸電線路特高壓分布式故障定位裝置的應(yīng)用需求會(huì)越來越多。設(shè)計(jì)開發(fā)輸電線路特高壓分布式故障定位裝置，保證其裝置的可靠性對(duì)輸電線路的故障定位及預(yù)警有著重要的意義。

1輸電線路故障定位技術(shù)的作用

在電網(wǎng)維護(hù)當(dāng)中輸電線路故障定位技術(shù)有著很重要的作用，其主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：1）能夠節(jié)約時(shí)間。輸電線路故障定位技術(shù)的合理應(yīng)用在一定意義上能夠使得運(yùn)行維護(hù)人員能夠快速確定故障點(diǎn)，使維修人員減少巡線時(shí)間。2）降低經(jīng)濟(jì)損失。在輸電線路當(dāng)中如果產(chǎn)生故障，難免會(huì)帶來相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，故障定位技術(shù)的合理應(yīng)用能夠讓運(yùn)行維護(hù)人員在對(duì)故障點(diǎn)確定之后及時(shí)地排除和維修，降低經(jīng)濟(jì)損失。3）能夠?qū)€路薄弱點(diǎn)實(shí)施合理的分析。輸電線路有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)故障都是產(chǎn)生在線路的薄弱部位，而故障定位技術(shù)的應(yīng)用使得運(yùn)行維護(hù)人員能夠及時(shí)對(duì)薄弱部位進(jìn)行分析，從而采用科學(xué)合理的措施實(shí)施保護(hù)，避免其產(chǎn)生永久故障，使得線路維護(hù)成本降低，將輸電線路的安全以及穩(wěn)定性不斷提升。

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。我國電力行業(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

3.1單端行波定位

單端行波法只需利用線路一端的電量來確定故障點(diǎn)的位置。單端法通常需要捕捉故障電流中的前兩個(gè)行波頭。對(duì)于故障安裝裝置，故障行波中的第一行波頭必須是從故障點(diǎn)傳播到測(cè)量裝置一端的行波。當(dāng)故障點(diǎn)距離故障定位裝置一端的總線較另一端的總線較遠(yuǎn)時(shí)，故障行波中的第二行波頭是另一端總線的反射行波，但當(dāng)故障點(diǎn)較近時(shí)，故障行波的第二行波頭由故障裝置安裝點(diǎn)與總線之間的反射。為了區(qū)分這兩種類型的行波頭，單端法通常需要在捕獲行波頭時(shí)識(shí)別行波極性。根據(jù)第二行波頭與初始波頭極性的關(guān)系，結(jié)合母線結(jié)構(gòu)形式，確定第二行波頭是來自故障點(diǎn)還是反射到端母線，實(shí)現(xiàn)故障定位。

3.2雙端行波定位

雙端行波結(jié)合了線路兩端的故障特征，由故障點(diǎn)向線路兩端傳播的行波會(huì)在故障發(fā)生后產(chǎn)生，通過在線路兩端安裝行波檢測(cè)裝置，故障時(shí)安裝在線路兩端的測(cè)量裝置檢測(cè)到的行波初始波頭均是由故障點(diǎn)傳播過來的，僅需利用兩端初始行波的時(shí)間就能確定故障點(diǎn)位置。與單端行波法相比較而言，雙端行波法在捕獲行波波頭時(shí)刻上顯然更為準(zhǔn)確可靠，這一方法不需要辨識(shí)行波的極性，不會(huì)存在波頭性質(zhì)混合不清的情況，但是雙端法需要在線路兩端采樣時(shí)間嚴(yán)格同步的基礎(chǔ)上才能保持更高的測(cè)距精度，當(dāng)故障采集裝置的采樣頻率設(shè)置為1MHz時(shí)，若雙端測(cè)量裝置的時(shí)間同步誤差為一個(gè)采樣時(shí)間周期，即1個(gè)微秒，此時(shí)將導(dǎo)致150m的測(cè)距誤差，可見，雙端法對(duì)線路兩端行波測(cè)距裝置同步時(shí)間的精度要求很高。與單端法相比較，雙端法的定位結(jié)果會(huì)受到雙端不同步的影響，但隨著GPS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，雙端同步的精度也越來越高，并且同步的穩(wěn)定性也越來越好，因此，就故障定位效果而言，雙端法要好于單端法，同時(shí)雙端法不需要檢測(cè)行波的極性，不會(huì)受到母線和出線結(jié)構(gòu)和方式的影響，故障定位結(jié)果更為可靠。

3.3故障桿號(hào)區(qū)段按照設(shè)備特殊區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)

每一行的地域差異，惡劣的天氣是一個(gè)時(shí)間線跳閘事故常常發(fā)生，所以每一條線都將受到不同程度的影響。如夏季雷雨天時(shí)大多數(shù)出現(xiàn)在電路故障，和塔是最易受雷擊的地方，要注意的檢查;如在風(fēng)雨或無雨的天氣，你必須檢查周圍的樹木，建筑和特殊的塔，尤其是塔的失敗之前發(fā)生的;如果天氣在井發(fā)生了故障，將各付各道路交叉點(diǎn)和容易損壞的區(qū)域重點(diǎn)檢查;如果故障發(fā)生在霧，霧區(qū)探索塔。

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，提出了輸電線路故障測(cè)距方法的經(jīng)濟(jì)性和精度要求，并選擇了合適的故障測(cè)距方法。近年來，大批專家不斷研究，出現(xiàn)了大量故障測(cè)距儀，投入實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用，具有可行性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。雖然智能方法具有響應(yīng)速度快、計(jì)算精度高的特點(diǎn)，但研究尚處于起步階段，相關(guān)理論研究尚處于發(fā)展階段，專家系統(tǒng)存在獲取知識(shí)的瓶頸問題，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。

具體的定位方法可以通過電氣測(cè)量得到故障點(diǎn)的位置。分段定位法的定位精度受到信號(hào)的干擾。小電流接地故障檢測(cè)的推拿效果不理想，無法得到具體位置。饋線終端單元（FTU）只適用于配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，不能大面積使用。終端法貫穿于輸電線路故障測(cè)距方法的發(fā)展，并取得了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。信號(hào)注入法利用有源輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)不受消弧線圈影響的定位。在實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足。信號(hào)強(qiáng)度受變壓器容量的限制，查找故障點(diǎn)的時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)第二點(diǎn)接地自動(dòng)跳閘。電力系統(tǒng)中負(fù)載種類繁多，使得干擾信號(hào)的測(cè)量接近注入信號(hào)。

阻抗法簡(jiǎn)單易行，但不考慮過渡電阻、故障暫態(tài)諧波和線路參數(shù)的影響，需要考慮工頻基波、三相對(duì)稱性等條件。電路結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性和故障點(diǎn)的過渡電阻對(duì)測(cè)量精度影響很大。不適用于同桿串聯(lián)補(bǔ)償電容雙回線路的故障定位。

結(jié)論

隨著社會(huì)發(fā)展，單一的故障定位算法將難以滿足快速、精準(zhǔn)定位的要求，采取不同原理的定位方法進(jìn)行綜合故障定位可能會(huì)更快速、更準(zhǔn)確，故障定位研究之路將繼續(xù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任凱.淺談高壓輸電線路接地故障定位技術(shù)[J].通訊世界，2019（18）：46-47.

[2]董愛華，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，2019，23（3）：411-416.

[3]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)，2019，43（7）：1-3，17.

[4]陳浩，張哲，曾祥君，等.新型超高壓輸電線路故障定位系統(tǒng)的研究[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，28（2）：79.