基于輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)研究*

王 勇,石 磊

(國網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司輸電運檢中心，甘肅 酒泉 735000)

0 引 言

我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，大大增加了電力需求，輸電線路作為電路基礎(chǔ)設(shè)施得到大力發(fā)展，但受環(huán)境、地理、氣候等因素影響，線路輸電需要跨越高嶺、江海和雪山，經(jīng)受雨雪、臺風(fēng)、寒冷和高溫等，且隨著電壓等級的提升，輸送容量不斷加大，極易發(fā)生線路故障。迅速排查輸電線路故障，查找故障原因，是輸電線路保障電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行亟需解決的難題[1]。

傳統(tǒng)輸電線路故障排查需要依靠人工巡視經(jīng)驗查找，其故障排查效率與準(zhǔn)確性較低，同時還會消耗大量的人力、物力、財力，嚴(yán)重影響了其經(jīng)濟(jì)性。近年來，輸電線路故障診斷系統(tǒng)已應(yīng)用于各個電網(wǎng)[2-4]，通過變電站內(nèi)錄波信息推測故障位置，雖提高了輸電線路故障排查效率，但線路故障仍無法精確定位。分布式故障診斷儀在線路發(fā)生故障時，能夠迅速測量故障距離，準(zhǔn)確鎖定故障點，診斷故障發(fā)生原因，以此有效提高輸電線路故障運維巡檢效率[5]。

以往輸電線路安裝分布式故障儀的技術(shù)方法由于導(dǎo)線晃動和自身平衡等各種因素存在嚴(yán)重的安全隱患問題。基于此，筆者提出一種輕型托架的新型輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)，以技術(shù)為手段，解決目前暴露在輸電線路安裝分布式故障診斷儀中的安全隱患問題。

1 分布式故障儀技術(shù)原理

分布式故障儀是在劃分的若干個輸電線路區(qū)間內(nèi)安裝分布式診斷儀，通過監(jiān)測工頻故障電流和行波電流，運用分布式雙端、單端和雙閘等多種行波定位技術(shù)進(jìn)行輸電線路故障定位，從而提高定位精度，鎖定故障點，分析故障波形，判斷故障類型，提高安裝運維效率[6-7]。

輸電線路發(fā)生故障后，故障點同端的工頻故障電流的相位相同，而兩端的工頻故障電流的相位則相反，安裝的分布式診斷儀通過分析短路電流相位信息特點來判斷故障區(qū)域，其故障檢測示意圖如圖1。確定故障區(qū)間后，采用多種分布式行波測量技術(shù)，克服行波衰減影響，排除干擾，通過行波經(jīng)過相鄰監(jiān)測終端的時間，根據(jù)公式(1)計算故障點位，縮短定位區(qū)間進(jìn)行精確定位。分布式行波定位原理如圖2所示。對于復(fù)雜化的輸電線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以通過在分支點處安裝行波監(jiān)控儀使其簡化成單線結(jié)構(gòu)后進(jìn)行上述定位。

DX=SOTX

DY=SOTY

(1)

式中：DX為故障點與監(jiān)測終端X的距離；SO為分布式行波輸電速度；TX為分布式行波從故障點傳導(dǎo)到監(jiān)測終端Y的時間；DY為故障點與監(jiān)測終端Y的距離；TY為分布式行波從故障點傳導(dǎo)到監(jiān)測終端Y的時間。

圖1 分布式故障區(qū)間檢測示意圖

圖2 行波測距定位示意圖

傳輸電線故障會由于不同原因具有不同的行波閃絡(luò)通道特性，因此可以通過無衰減、不失真的行波電流判斷故障原因，實現(xiàn)雷擊、非雷擊和雷擊故障的識別。雷擊故障時雷電流接入線路，行波電流受雷電流的影響，其峰值迅速衰減，波尾縮短；非雷擊故障的行波電流接地時工頻電壓的階躍響應(yīng)，峰值衰減緩慢，波尾較長，可準(zhǔn)確判斷輸電線路雷擊與否的故障判斷。

2 輸電線路故障成因及危害

輸電線路運行中發(fā)生故障受多種因素影響，主要原因有氣候因素、運行管理因素、外力破壞、雷擊、鳥害和線路本體[8]。

由于輸電線路大都為外部架設(shè)，運行過程中暴風(fēng)暴雨等氣候條件將對線路產(chǎn)生不良影響，雷擊是造成輸電線路故障的頻率最高的自然因素，現(xiàn)階段由于雷擊絕緣水平的提高，線路耐雷水平得到有效改善，大大降低了故障率；若防誤儀缺少規(guī)范化管理或設(shè)置不合理以及檢修人員缺乏責(zé)任意識和專業(yè)素養(yǎng)或線路管理粗放監(jiān)管，極易導(dǎo)致線路故障發(fā)生，造成安全事故；基于以往線路故障事例，外力破壞的線路故障發(fā)生的主要原因是施工機(jī)械違規(guī)作業(yè)和超高樹砍伐管控不足等引起的；鳥害也是導(dǎo)致輸電線路故障的主要原因，隨著生態(tài)環(huán)境的改善，由鳥類活動造成的線路故障日益增多，桿塔筑巢會、鳥類排便會使絕緣子短路及污染嚴(yán)重；線路本體故障主要為絕緣子炸裂、導(dǎo)地線斷線、避雷器擊穿和電纜頭炸裂等，只要原因是不線間距離不足、線夾斷裂和導(dǎo)線綁扎脫落、制造工藝不合格等因素造成的，架空線路在風(fēng)力作用下金屬掛鉤摩擦電纜外皮，降低磨損電纜絕緣性能，在外護(hù)層隱患擴(kuò)散的情況下，容易使電纜本體絕緣擊穿熔斷斷線。

輸電線路發(fā)生故障后，會產(chǎn)生三方面的損害：①電壓互感器鐵芯飽和造成負(fù)荷過重而損壞；②特定條件是故障點易出現(xiàn)間歇性電弧，電弧會導(dǎo)致設(shè)備燒毀，形成串聯(lián)諧振過電壓，破壞電力系統(tǒng)的安全運行，從而誘發(fā)短路；③輸電線路故障發(fā)生時，相對地電壓迅速提高到線電壓水平，擊穿絕緣薄弱部位時會形成短路故障，擴(kuò)大故障影響范圍，導(dǎo)致無法正常供電[9]。

3 分布式故障儀安裝優(yōu)勢及技術(shù)分析

3.1 分布式故障儀安裝優(yōu)勢

(1)提高故障定位可靠性和準(zhǔn)確性。分布式故障儀創(chuàng)新性的將傳輸線路區(qū)間與故障定位結(jié)合，采用工頻故障電流先確定故障區(qū)間，再由分布式行波定位技術(shù)突破波形衰減、弧垂和波頭畸變等因素引起的誤差進(jìn)行故障點定位，極大地提高了故障檢測效率及準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)故障監(jiān)控點設(shè)置靈活。分布式故障儀識別輸電線路故障基于分布式行波和工頻故障電流信號直接從電線中進(jìn)行提出，可以依據(jù)需求長度靈活設(shè)置監(jiān)控區(qū)間。

(3)現(xiàn)場監(jiān)控可靠性高。分布式故障儀采用高等級內(nèi)腔密封的電路，長期室外工作能夠不受外界環(huán)境影響，良導(dǎo)體和磁導(dǎo)體的雙屏蔽可以提高其抗電磁干擾能力。獨特的耦合電源設(shè)計能夠使系統(tǒng)運行在寬負(fù)載電流內(nèi)的同時抵抗故障電流，可靠的進(jìn)行信息采集。部件的冗余機(jī)制可以有效延長使用壽命。

3.2 新型分布式故障儀安裝技術(shù)分析

以往檢修人員在輸電線路上安裝分布式故障診斷儀時，必須俯身爬在單相到線上進(jìn)行徒手安裝作業(yè)，由于導(dǎo)線晃動和自身平衡等因素，作業(yè)人員翻下導(dǎo)線情況和設(shè)備、材料、工器具掉落情況時有發(fā)生，存在嚴(yán)重安全隱患。

基于上述不足，經(jīng)過反復(fù)模擬現(xiàn)場實際情況，本文設(shè)計了一種輕型托架的新型輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)，如圖3所示。創(chuàng)新性的加工了一種便于人員高空作業(yè)，安全安裝分布式故障診斷儀的輕型托架，并能夠配合線路支撐延長桿進(jìn)行線上作業(yè)。托架使用輕型鋼制材料加工，形狀及大小與分布式故障診斷儀相符，安裝時現(xiàn)將線路延長桿由橫擔(dān)至導(dǎo)線可靠連接，再由作業(yè)人員將托架安裝至導(dǎo)線，托架內(nèi)放置好分布式故障儀后，通過托架上的手動伸縮把手將托架上升至安裝位置，工作人員只需逐一緊固設(shè)備內(nèi)的感應(yīng)線圈及螺栓即可完成安裝工作，完全解決了高處作業(yè)人員由于體位限制而發(fā)生的翻轉(zhuǎn)和設(shè)備光滑外殼難以手扶及高空掉物的現(xiàn)實問題，如圖3所示。

圖3 分布式故障儀輕型托架圖

4 結(jié) 語

通過分析輸電線路故障危害，結(jié)合分布式故障裝機(jī)理確定了輸電線路分布式故障儀安裝的必要性，基于以往分布式故障儀安裝技術(shù)的不足，提出了一種輕型托架的新型輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)，為輸電線輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)，為輸電線路運維管理開展故障安裝提供了新方法、新思路，也為未來輸電線路智能化運檢提供重要支撐。此次輸電線路分布式故障儀安裝技術(shù)，為提高輸電線路抵御特殊氣候及災(zāi)害的能力開拓了新的技術(shù)渠道，為進(jìn)一步實現(xiàn)輸電線路的智能化提供了有力的技術(shù)支撐。