輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)探討

張利

（中國石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司電力分公司，山東 東營 257000）

0 引言

電路故障會嚴(yán)重影響到輸電線路的配送，從而給生活和工作造成重大影響，因此針對輸電線路自動故障的診斷和定位，是當(dāng)前相關(guān)電力研究人員和電力設(shè)備生產(chǎn)商一直研究的問題。通過實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地定位輸電線路故障，并修復(fù)受損的線路，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，輸電線路發(fā)生故障的情況下，系統(tǒng)可以及時(shí)自動識別故障情況，并收集故障數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，最后以短信的形式發(fā)送給相關(guān)調(diào)度人員，而調(diào)度人員則根據(jù)故障情況制定出更加準(zhǔn)確的修復(fù)和完善措施。

1 輸電線路自動故障診斷的重要性

當(dāng)今社會人們用電量越來越大，因此供電質(zhì)量的好壞、安全也是人們最為關(guān)心的話題之一。因此電力公司加強(qiáng)輸電線路自動故障的診斷研究，能夠快速發(fā)現(xiàn)輸電線路故障中存在的相關(guān)問題，由于電力輸電線路的種類比較多，在考慮到造價(jià)和施工要求的情況下，當(dāng)前我國輸電線路主要以架空線路為主，其次才是電纜輸電線路[1]。但由于架空線路長期裸露在外，隨著時(shí)間的推移，架空線路很容易受到各種各樣的因素影響，如風(fēng)雨雷電的破壞，從而影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這對輸電線路的穩(wěn)定、安全會造成嚴(yán)重的影響。對于輸電線路而言，穩(wěn)定、安全是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本條件，所以只有做好輸電線路自動故障診斷工作，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的原因和故障位置，以最快的速度對故障位置進(jìn)行維修，確保輸電線路保質(zhì)保量的正常運(yùn)行。

2 自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢

2.1 特點(diǎn)

輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較合理，且性能穩(wěn)定可靠，因此在采用B/S的結(jié)構(gòu)情況下，具有分布性、業(yè)務(wù)擴(kuò)展性以及維護(hù)方便的特點(diǎn)。而在采用先進(jìn)的算法過程中，由于故障定位的準(zhǔn)確度高，所以故障定位采用混合型的輸電線路算法，能夠有效解決原有算法中存在的難題和問題，針對特殊線路，如110kV線路采用非均勻的算法，可以得到良好的參數(shù)線路，對于故障類型判斷是否準(zhǔn)確，會使各故障的弧光電阻值更加精確。故障通報(bào)的可視化，利用衛(wèi)星地圖的展示和短信的通知，在衛(wèi)星地圖展示線路故障桿塔的過程中，具有更加直觀形象的效果，而故障結(jié)果通常會以GSM短信的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)通報(bào)給電力調(diào)度人員，使電力調(diào)度人員在最短的時(shí)間內(nèi)對故障問題進(jìn)行分析并制定出解決措施[2]。與此同時(shí)，將IEC61970/CM模型和104數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行有效融合后，可以使用IEC61970/CM電網(wǎng)模型作為數(shù)據(jù)平臺，并從XML文件中直接獲得電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，有利于更好地形成電網(wǎng)模型與實(shí)施數(shù)據(jù)的有效映射。而通常情況下，采用IEC61970/CM通信規(guī)約的方式，能夠直接讀取到EMS/SCADA系統(tǒng)中的相關(guān)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，對系統(tǒng)的通信可靠性和實(shí)時(shí)性起到了高度統(tǒng)一作用，促使相關(guān)數(shù)據(jù)更新變得更快，實(shí)時(shí)性變得更強(qiáng)。

2.2 優(yōu)勢

傳統(tǒng)的輸電線路故障主要依靠變電站故障錄波器，對故障區(qū)域有著大致的范圍確定，但這種故障確定范圍誤差比較大，有時(shí)候甚至誤差可以達(dá)到10 km的距離。因此傳統(tǒng)的輸電線路故障定位不僅耗時(shí)、耗力，還會嚴(yán)重影響到輸電線的配電輸送，從而影響到人們的生活和工作需求。但是采取輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)后，該系統(tǒng)裝置通常采用瞬間大電流的方式，能夠直接判斷出接地短路故障或者雷電流經(jīng)過的鐵塔[3]。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)跳閘的情況后，輸電線路運(yùn)檢人員通過觀察遠(yuǎn)程終端接收到的短信信息，就可以快速發(fā)現(xiàn)故障位置，從而避免了傳統(tǒng)的故障位置尋找情況，使用故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)，不需要故障巡視就能夠知道桿塔位置，做到最短時(shí)間維修輸電線路，給電力工程帶來最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)模塊

3.1 故障診斷模塊

輸電線路自動故障診斷模塊通常支持輸電線路、母線、主變故障分析以及診斷功能，并且將IEC60870-5-104的通信和EMS系統(tǒng)連接在一起后，能夠獲得開關(guān)、保護(hù)信息的判斷重合。在故障診斷模塊中，對輸電線路和主要故障進(jìn)行分析與診斷后，能夠使各運(yùn)行系統(tǒng)之間存在著足夠的緊密聯(lián)系，并經(jīng)過對重合信息的判斷，實(shí)現(xiàn)對故障位置的精準(zhǔn)分析和計(jì)算[4]。經(jīng)過分析診斷結(jié)果后，采取XML格式的方式對外發(fā)布觸發(fā)故障定位系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析，最后生成對應(yīng)的短信內(nèi)容，使得整個(gè)信息接收到結(jié)果的響應(yīng)時(shí)差不超過10秒鐘，具有極快的速度。

3.2 故障定位模塊

在故障定位模塊中，通常采用的是不同的算法，針對不同類型的輸電線路，采取支持性保護(hù)設(shè)備的工作特性，有利于更好地模擬輸電線路故障情況。常見的輸電線路類型包括輻射型線路、雙電源線路、非均勻線路以及長線路等，良好的故障定位模塊，可以更好地提供彩色電壓、電流波的繪制功能，同時(shí)針對波形圖還可以更加方便地復(fù)制到常用文檔中。隨著相關(guān)支持向量圖的繪制功能，可以顯示出電壓向量、電流向量以及單相有功功率等多種不同功率的計(jì)算結(jié)果，而不同的功率有著兩種不同的狀態(tài)，分別是實(shí)時(shí)在線分析和事后分析這兩種狀態(tài)。在實(shí)時(shí)在線分析模塊中，由于系統(tǒng)發(fā)生故障后可以自動匹配出不同路線端的故障文件，因此采用較為先進(jìn)的算法進(jìn)行故障定位分析，能夠避免多端故障定位實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償而非同步采用所帶來的計(jì)算誤差[5]。隨著系統(tǒng)支持IEEE Comtrade標(biāo)準(zhǔn)格式的故障錄波數(shù)據(jù)文件被分析和儲存，因此在兼容不同生產(chǎn)廠的故障錄波文件中，需要采取多種不同的手段進(jìn)行故障頻率以及波形曲線的變換，如放大和縮小、拉伸和壓縮等，對多種故障信息、距離、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等進(jìn)行再計(jì)算的功能，如圖1所示。除過實(shí)時(shí)在線分析計(jì)算外，對事后故障分析狀態(tài)模塊能夠提供強(qiáng)大的功能性支持，該模塊通常具有故障定位結(jié)果的重新計(jì)算功能，利用該故障模塊的用戶可以根據(jù)需要的任意匹配實(shí)現(xiàn)對不同路段故障文件的任意選擇。

3.3 故障可視化模塊

在輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)中，故障可視化功能模塊主要采用Browser和Web Ser-vice這兩種技術(shù)進(jìn)行實(shí)施發(fā)布。在信息發(fā)布的過程中，結(jié)合Web和GIS可以對系統(tǒng)發(fā)生的故障時(shí)間、距離、類型以及桿塔號準(zhǔn)確地顯示在Web的瀏覽器中，有利于調(diào)度人員快速準(zhǔn)確地得到相關(guān)的故障信息數(shù)據(jù)[6]。由于故障可視化系統(tǒng)通常是輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布的主要功能模塊，因此故障可視化模塊具有以下良好的特點(diǎn)，首先是可視化系統(tǒng)會結(jié)合Web和GIS技術(shù)，并運(yùn)用GIS的輸電線路桿塔坐標(biāo)進(jìn)行可視化的建模。其次是利用WebFL定位故障距離精確推導(dǎo)出故障桿塔的位置，能夠使輸電線路故障桿塔更好地顯示出故障的形象化、直觀認(rèn)知度。

4 故障定位算法

在輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)中，準(zhǔn)確的故障定位對查找故障和提高供電可靠性都起到了關(guān)鍵的作用。因此輸電線路故障技術(shù)通常是電力系統(tǒng)的重要研究課題，具有多種不同故障定位方法，所以該方法在國內(nèi)外輸電線路運(yùn)行中受到了廣泛的好評，常用的輸電線路具體結(jié)構(gòu)類型和參數(shù)中，使用FaultVista的系統(tǒng)都是以非均勻線路特殊算法和長線路混合型算法為主。針對那些新建的線路外，一般都會使用110 kV線路和220 kV線路作為主要的改造線路，使得線路的結(jié)構(gòu)變得比較復(fù)雜，相關(guān)參數(shù)也會變得不夠規(guī)范，從而使同一條線路有可能會出現(xiàn)2-3段或者4-5段由不同型號組成的導(dǎo)線[7]。而在這種情況下，輸電線路故障定位方法在對非均勻線路的特殊算法中能夠克服傳統(tǒng)算法的不足之處，使測量的準(zhǔn)確度得到提高，而在非均勻線路的特殊算法中，必須將非均勻線路等效成均勻線路并對故障位置進(jìn)行有效計(jì)算后，才能得出非均勻線路精確的故障位置。在故障定位算法中，為了更好地解決長線路故障定位精確度不高的情況，通常會提出多端線路故障定位的混合型方法，這種方法定位基于采樣數(shù)據(jù)和相量。因此這些數(shù)據(jù)可以更加容易地從保護(hù)裝置和故障錄波裝置中獲取得到，而這些新的方法將相量與詳細(xì)的長線數(shù)字模型考慮在一起后，具有較低的成本和足夠的精確度，克服了原有基于相量故障的定位弊端，使故障定位的精確度更高。

5 結(jié)語

輸電線路自動故障診斷和故障定位實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)的廣泛普及和應(yīng)用，能夠有效提高輸電效率，通過及時(shí)對故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)性判斷，在最短的時(shí)間內(nèi)提出解決措施，并安排線路維修人員到指定的故障位置進(jìn)行修復(fù)，有利于促使輸電線路在最短的時(shí)間內(nèi)完成故障的維修，為我國輸配電線路提供了足夠可靠的保障。