高壓輸電線路故障定位技術(shù)對電網(wǎng)安全運行的影響

遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吳 巍

1 引言

在中國工業(yè)不斷發(fā)展下，電力產(chǎn)業(yè)作為一項重要經(jīng)濟支柱，在推動國民經(jīng)濟水平的快速提高方面發(fā)揮出重要作用。輸電線路作為電力系統(tǒng)不可缺少的一部分，主要負(fù)責(zé)向各個用電廠輸送電能。而高壓輸電線路在實際應(yīng)用中，存在輸電距離遠(yuǎn)、自然環(huán)境復(fù)雜等問題，一旦遇到惡劣天氣，會增加輸電線路運行安全風(fēng)險。針對此類原因，高壓輸電線路易發(fā)生故障，而若無法及時檢修，將對工業(yè)生產(chǎn)及居民的生活產(chǎn)生重大的影響。為避免以上不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，相關(guān)人員要重視對高壓輸電線路故障定位技術(shù)的應(yīng)用，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地定位和處理高壓輸電線路故障問題，確保輸電線路正常運行，盡量減小故障引起的損失。

2 高壓輸電電路故障類型

電力行業(yè)的發(fā)展，為工業(yè)提供源源不斷的電能，行業(yè)主要涉及發(fā)電環(huán)節(jié)、輸變環(huán)節(jié)，確保電能生產(chǎn)與消費同步發(fā)展，而這一目標(biāo)的實現(xiàn)，離不開統(tǒng)一調(diào)度分配方式的運用。對于電力行業(yè)而言，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常問題，均增加供電中斷風(fēng)險，引發(fā)不可估量的經(jīng)濟損失。國內(nèi)電力行業(yè)目前取得良好發(fā)展成效，但在不良因素的影響下，一旦電力系統(tǒng)無法安全、穩(wěn)定地運行，會導(dǎo)致國內(nèi)出現(xiàn)電力系統(tǒng)崩潰事故，結(jié)合高壓輸電故障，以電路故障原因為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將電路故障劃分如下。一是永久性故障類型。永久性故障類型主要是指在地基導(dǎo)體之間，多個導(dǎo)體出現(xiàn)短路故障問題，在外力的影響下，輸電線出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。二是臨時性故障類型主要是指在雷雨天氣下，由于電壓問題而導(dǎo)致線路出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，或者是在鳥類的影響下，導(dǎo)致導(dǎo)體出現(xiàn)接地反應(yīng)，進而引發(fā)一系列線路故障問題。三是絕緣擊穿故障類型。絕緣擊穿故障類型主要是指由于線路出現(xiàn)明顯老化，降低線路絕緣性能，但是，當(dāng)電源絕緣擊穿處于正常運行狀態(tài)時，會導(dǎo)致線路短路問題。四是隱蔽性故障類型。隱蔽性故障類型通常為不可預(yù)測，當(dāng)逐漸發(fā)展為瞬時閃絡(luò)問題時，并不會在正常電壓影響下出現(xiàn)明顯擊穿現(xiàn)象。

3 常見的故障定位技術(shù)分析

由于計算機技術(shù)的快速發(fā)展，高壓輸電線路故障定位中微機保護及故障錄波裝置均得到廣泛地使用。較為常用的故障定位方式包括：信號輸入法。當(dāng)高壓輸電線路出現(xiàn)故障，通過信號輸入法，可以將相關(guān)信號電流快速輸入到監(jiān)測系統(tǒng)中，由檢測系統(tǒng)分析和檢測這些信號，確定具體故障位置；端點測量法。通過對線路斷點部位測出來的故障信息實施處理，可以快速、準(zhǔn)確地定位出該線路具體故障位置，這種方法主要包括阻抗法與行波法[1]。區(qū)段定位法在具體應(yīng)用中，需要借助故障探測器，觀察故障出現(xiàn)前后所對應(yīng)的信息變化，定位故障具體位置。如今，比較節(jié)省成本，且使用廣泛的方法為端點測量法。

3.1 行波法

在微電子技術(shù)的普及和應(yīng)用下，通過運用GPS定位設(shè)備，可以保證行波測距法的實施效果。行波測距法在具體應(yīng)用中，被劃分成A、B、C、D、E、F 共6種常見方法，其中，A、C、D 三種行波測距法具有一定的泛用性。A 型是依據(jù)單端定位進行測距，故障點在出現(xiàn)故障時會出現(xiàn)行波，這組行波傳播至相應(yīng)的測量點之后，利用測量點母線，可以獲得相應(yīng)的行波，該行波直接傳輸?shù)焦收宵c，在指定的故障點發(fā)出反射信號，返回到原測量點，依據(jù)這一過程，測量至?xí)r間t、波速v就能依據(jù)式X，明確故障點之間的距離X。

C 型是依據(jù)單端定位的方式，如果輸電線路出現(xiàn)故障，定位裝置會在線路初始段注入高電壓、高頻率的脈沖電波，依據(jù)電波由注入點至故障點之間的往返時間t、電波速度v，進一步確定故障所處位置X[2]。

D 型是根據(jù)雙端行波測距的方式，依托檢測輸電線路出現(xiàn)故障，即出現(xiàn)的初始行波波頭到達的時間，對故障實施準(zhǔn)確的定位[3]。這種方法主要運用GPS 時鐘接收模，使兩端時間實現(xiàn)同步，進而對故障距離進行準(zhǔn)確的定位。求解方法為：

式中：Xm代表輸電線路m端至故障點之間的距離；tm、tn分別代表故障初始行波波頭至m、n端時刻。

單端行波法定位方式在具體應(yīng)用中，要根據(jù)故障點出現(xiàn)的初始行波及反射波到檢測裝置點之間的時間差，用于對故障點實施精準(zhǔn)定位。加之，行波法使用中雖然依賴設(shè)備，但結(jié)果更精確。

3.2 阻抗法

阻抗法主要用于對高壓輸電線路具體故障位置的快速化、準(zhǔn)確化定位，如果離母線M 位置Lkm內(nèi)的F 點出現(xiàn)故障，故障點接地電路是Rf，M 位置檢測獲取電壓與電流的關(guān)系：

兩側(cè)故障的電流之和為：

M 一端測出相應(yīng)的阻抗：

阻抗法在實際使用時，要做好對故障輸電線路電流、電壓測量，參照測量結(jié)果，計算相應(yīng)阻抗，根據(jù)輸電線路長度與阻抗之間的關(guān)系，運用適當(dāng)方法，精確地計算出故障點距離。方法如下。一是代數(shù)法在具體應(yīng)用中，需要精確地計算出故障線路的電壓、電流值，根據(jù)計算結(jié)果，獲得相應(yīng)的故障點距離。通過運用阻抗法，不僅可以簡化高壓輸電線故障定位流程，還可提高定位精確度和高效性；二是智能法主要是在參照專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借助專家經(jīng)驗，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障定位法，保證相關(guān)知識處理效率，從而實現(xiàn)對高壓輸電線路故障定位。在這個過程中，需要注意的是，要借助樣本學(xué)習(xí)法，獲取所需知識，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位原理，對高壓輸電線路故障 進行準(zhǔn)確查找和定位。

4 行波法的應(yīng)用步驟

行波法在具體應(yīng)用中，要運用行波傳輸相關(guān)理論知識，對輸電線路進行測距，如果輸電線路發(fā)生故障，可能發(fā)生沿輸電線路存在故障行波，導(dǎo)致故障點出現(xiàn)折射問題，行波法行波傳輸理論進行測距如圖1所示。必須注意，故障行波在實際傳輸時，一般會耗費較多時間，采用上述時間就能求出故障距離。

圖1 行波法行波傳輸理論進行測距

在對高壓輸電線路故障進行測距時，行波法應(yīng)用大致需要經(jīng)歷下列過程：獲得行波、了解波頭、標(biāo)出行波抵達時間等。獲得行波：暫態(tài)行波可以覆蓋比較寬的頻帶，高達上千赫茲。要想實現(xiàn)對輸電線路實際暫態(tài)行波的實時觀察和了解，需要提高電流信號變換回路響應(yīng)速度。如果行波傳輸速度較高，與光速值相接近，為降低測距分辨率，需要將電流信號變換回路響應(yīng)時間控制為3.2us 內(nèi)。對于高壓輸電線路而言，其內(nèi)部安裝和應(yīng)用電容式電壓互感器，直接影響行波傳變，導(dǎo)致電壓行波難以得到充分利用。為解決此類問題，需要采用串聯(lián)的方式，將各個接地導(dǎo)線進行有效連接，獲取暫態(tài)行波。同時，使用行波傳感器，根據(jù)CVT 接電線電流實施耦合處理，獲取故障行波。一般情況下，電流互感器會表現(xiàn)出強大的電流信號傳輸功能，以此滿足行波測距目標(biāo)。

4.1 準(zhǔn)確識別波頭

常用于識別波頭的方式包含：軟件及硬件法。傳統(tǒng)波頭檢測方法存在操作復(fù)雜、檢測精確度差等問題，難以滿足單端行波法故障點檢測需求，嚴(yán)重影響故障測距精準(zhǔn)度。針對這個問題，行內(nèi)研究人員提出了科學(xué)的解決策略。其中，HHT 方法具有獨特的優(yōu)勢，可以提升故障行波檢測質(zhì)量。與小波變換法比較，HHT 法不容易受外界因素干擾，可以立足信號自身特征完成分解，對基函數(shù)選擇并未提出特殊的要求[4]。但這種方法在應(yīng)用過程中也存在不足之處，如采集到的行波信號在實際應(yīng)用中，很容易受到外界噪聲干擾和影響，對獲取精準(zhǔn)波頭帶來不良的影響。

4.2 確定相應(yīng)的波速

從現(xiàn)實情況分析，行波在實際傳輸環(huán)節(jié)極易受到不同類型因素的干擾，三相輸電線路中，行波傳播包含線模和地模分量。各項研究證實，影響地模、線模行波傳播的主要因素包含過渡電阻、換位點等。與地模比較，線模不容易受到影響，因此，線模更適合用來對故障進行定位[5]。測距算法中，多數(shù)文獻挑選線模分量法對測距進行計算。從波速視角分析，挑選線路實測參數(shù)求解相應(yīng)的波速。人為制造出來的信號，與之對應(yīng)測出輸電線路長度，合理控制撓度引起的誤差，保障故障測距的準(zhǔn)確性。

5 實例分析

某地500kV 線路出現(xiàn)C 相故障跳閘事故，單相重合不良。M 站配置I0套縱聯(lián)保護動作，I0=840A，L=158.75km，3I0=604A；N 站有兩套縱聯(lián)保護動作，A、L=28.49km、Ie=2840A，整條線路長度為105km，總塔數(shù)為222級，1號塔位設(shè)置在M 側(cè)，此時為雷雨天氣。此次故障兩側(cè)之間的保護測距之和是187km，明顯比線路自身長度大，因此，判定為高阻接地。小波測距發(fā)現(xiàn)193號塔存在故障，通過定位顯示這一時刻前后5min 內(nèi)193號塔周邊無落雷。在故障發(fā)生時，M 與N 側(cè)零序電流之比是0.198，零序電流曲線信息見表1。

表1 零序電流曲線信息

通過估算比值，發(fā)現(xiàn)故障點處在距離M 側(cè)約是全線的90%處，根據(jù)平均檔距進行估算，小波測距結(jié)果則在M 側(cè)線路87%位置，二者基本吻合，這也表明小波測距結(jié)果是有效的?；诖?，這個點故障電流明顯比零序曲線電流小，巡線范圍控制在183～203號塔，重點設(shè)在193號塔，C 相。對線路進行巡線發(fā)現(xiàn)，193號塔出現(xiàn)C 相導(dǎo)線對樹木放電的情況。

6 結(jié)語

通過運用本文介紹的高壓輸電電路故障定位法，可以實現(xiàn)對線路故障的精確化查找和定位，極大地提高供電系統(tǒng)安全性、高效性，因此，相關(guān)人員要利用本文所提出的線路故障定位方法，做好輸電線路故障定位與測距工作，了解故障定位與測距的合理方法，從而獲得最科學(xué)的測距方法。