基于故障錄波數(shù)據(jù)的輸配電線路故障排除及維護

［關(guān)鍵詞］輸配電線路；運行維護；故障排除；故障錄波器

隨著社會進步和科技發(fā)展，人們對電力的依賴和需求日益增加。這種增長的電力需求直接推動了電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴大，以確保電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)，進而有效促進社會生產(chǎn)力的提升。然而，在生產(chǎn)力效率不斷提高的同時，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜[1]。且電網(wǎng)中眾多線路存在復(fù)雜的串并聯(lián)關(guān)系，一旦某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障而未得到及時有效的排查和處理，將可能對其他線路的正常運行產(chǎn)生連鎖影響，最終可能導(dǎo)致對用戶供電的中斷[2]。在多端線路中，若能夠及時定位故障所在區(qū)段，并及時對該區(qū)段故障進行精確排查，維護電路故障，可為用戶帶來更加穩(wěn)定的電網(wǎng)服務(wù)[3]。除及時進行故障排查外，日常的運行維護也十分重要。

1 基于故障錄波數(shù)據(jù)的輸配電線路故障排除技術(shù)

1.1 基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障初步定位

為確保配輸電線路的穩(wěn)定運行并預(yù)防潛在故障，需選用恰當?shù)臋z測手段對故障進行精確定位。通過及時隔離故障區(qū)域與正常線路，避免線路間相互干擾，保證輸電過程平穩(wěn)運行。為確保設(shè)備運行的穩(wěn)定與安全，相關(guān)工作人員在執(zhí)行日常巡檢與維護任務(wù)時，必須擁有相應(yīng)的專業(yè)知識儲備。同時，在實際操作中，應(yīng)針對具體情況，科學合理地選用相應(yīng)的檢測方法，以達到最佳效果[4]。傳統(tǒng)的故障檢測方式主要依賴于人工對輸電線路進行逐一排查，但效率較低，且長時間的故障排查會給電網(wǎng)用戶帶來不好的用電體驗。為此，提出一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障檢測方法，幫助工作人員及時對故障進行排除，并盡快實現(xiàn)線路維護。故障錄波器能夠采集到線路及其分支上的電壓電流數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在故障分析及定位中有著重要意義。為了提高故障檢測的精準度并充分利用故障錄波器中的數(shù)據(jù)價值，以故障錄波器采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行故障檢測。在進行故障檢測之前，需要對所采集的數(shù)據(jù)進行初步處理，防止原始數(shù)據(jù)中包含的大量噪聲影響檢測精度。為此，將數(shù)學形態(tài)學理論引入故障錄波數(shù)據(jù)的降噪處理中。數(shù)學形態(tài)學濾波器能夠有效濾除信號中的噪聲，同時保留信號的主要特征。通過數(shù)學形態(tài)學濾波器的處理，可提取出電壓和電流信號的主要特征，提高故障檢測的準確性。使用數(shù)字形態(tài)濾波器對輸入的信號進行處理，經(jīng)過濾波處理之后，輸出的信號如下式所示。

式中，（n）和分別為開–閉濾波器和閉–開濾波器的輸出信號；（n）為混合濾波器的輸出信號，即為去噪后的信號。

使用數(shù)學形態(tài)濾波后的信號降噪變化如圖1所示。

在進行信號去噪之后，依據(jù)電流方向初步確定故障所在區(qū)段。為使檢測得到的故障區(qū)段更加準確，使用信號數(shù)據(jù)窗對區(qū)域進行標定。信號數(shù)據(jù)窗包含信號突變時間與數(shù)據(jù)窗長度兩個參數(shù)，確定合適的參數(shù)組合將進一步優(yōu)化檢測方法。為了準確確定數(shù)據(jù)窗長度的最佳值，測試與驗證過程，最終選定了200個采樣點作為最合適的數(shù)據(jù)窗長度。對于數(shù)據(jù)窗的信號突變時間點，研究選擇Db6小波對信號進行分解分析。分解重構(gòu)技術(shù)在信號處理中極為重要，其目的在于從復(fù)雜的信號中提取出有用的信息。其中細節(jié)系數(shù)能夠揭示信號在不同時間尺度和頻率下的局部特性。為更準確地識別信號的突變點，將最大系數(shù)值作為信號突變點的判斷依據(jù)。在對數(shù)據(jù)進行降噪并選擇合適的信號數(shù)據(jù)窗參數(shù)之后，利用Pearson相關(guān)系數(shù)估計數(shù)據(jù)信號相關(guān)性并分析電流方向情況，以初步確定故障所在區(qū)段。根據(jù)下式可計算Pearson相關(guān)系數(shù)的符號函數(shù)值。

式中，ρ為Pearson相關(guān)系數(shù)值，Dp為相關(guān)系數(shù)的符號函數(shù)值。

根據(jù)式（2）計算結(jié)果分析，若Dp值為-1，則說明首末兩端電流方向相反，反之則電流方向相同。存在方向相反的區(qū)段則是故障所在區(qū)段。

1.2 故障區(qū)段精確測距及輸配電線路日常運行維護

在初步確定故障所在線路之后，需要進一步確定故障的精確位置，以便進行針對性的維護和修復(fù)，保證電路穩(wěn)定運行。在精確測距過程中，以區(qū)段內(nèi)首末兩端的電壓相量和電流相量為依據(jù)，計算得到準確的故障位置。初步確定故障區(qū)段如圖2所示。

為確定故障發(fā)生位置，通過計算將穩(wěn)態(tài)信號轉(zhuǎn)換為三相穩(wěn)態(tài)向量。在此之后，利用對稱分量方法計算得到線路首末兩端的零序電壓電流。在檢測過程中需要通過誤差校正實現(xiàn)更高精度的故障定位結(jié)果。為此，以零序電壓電流相量為數(shù)據(jù)參考，計算對應(yīng)的同步測量誤差。末端零序電壓和電流相量如下式所示。

式中，UR0和UR0_real為測量和實際零序電壓相量，j為參數(shù)，IR0和IR0_real為測量和實際零序電流相量，θ為同步測量誤差。

為對線路中的故障點進行精確檢測，研究根據(jù)首末兩端的零序電流和電壓值得到該點的零序電壓。而故障點的零序電壓是相等的，因此可構(gòu)造出對應(yīng)的零序電壓幅值差異度函數(shù)，具體如下式所示。

式中，U0_L和U0_R為從線路首端和末端推算得到的x點處的零序相量，（x）為幅度差異函數(shù)。

為求解故障精確測距判距的最小值，使用黃金分割搜索算法得到最佳數(shù)值，進一步確定故障位置。在確定故障位置之后，需要及時對故障點進行維修，以保證電路的穩(wěn)定運行。同時，對于輸配電線路的日常運行維護也非常重要。為了有效地進行輸配電線路的維護，需要建立完整的維護管理制度。首先需要強化日常巡檢，并在日常巡檢工作中，對輸電線路進行監(jiān)督管理，利用所設(shè)計的檢測方法對線路進行定期檢查。尤其在惡劣氣候環(huán)境下，需要及時排除線路中的潛在故障。此外，利用黃金分割搜索算法對故障檢測技術(shù)進行了優(yōu)化，可在配輸電線路的日常維護中，通過日常巡檢和故障檢測，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除關(guān)鍵技術(shù)實例分析

為檢驗研究提出的基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除關(guān)鍵技術(shù)的有效性和可靠性，試驗利用仿真軟件MATLAB在線路同一區(qū)段中3個位置處模擬不同故障狀況的接地故障點。并利用研究設(shè)計的故障排除技術(shù)進行精確定位，幫助工作人員進行故障排除。分析在不同噪聲情況下的測距相對誤差。故障狀況1和故障狀況2分別為單相接地故障和相間短路接地故障。在每種故障狀況下，研究在線路同一區(qū)段的3個不同位置設(shè)置故障點。誤差結(jié)果見表1。

由表1可知，隨著信噪比的增大，精確測距誤差逐漸減小，當信噪比達到20dB時，測量誤差達到最大值。但總體來說，設(shè)計的基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除技術(shù)相對誤差皆不超過0.1‰?？梢钥闯?，信號信噪比對故障排除技術(shù)的影響并不大，研究設(shè)計的故障檢測方法能夠滿足故障排除要求。在輸電線路的日常運行維護中，通過研究提出的故障檢測方法進行故障排除，同時對故障進行及時維修，能夠有效幫助電力系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

3 結(jié)束語

電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力配輸線路至關(guān)重要，只有保證輸電線路的正常運行才能實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這需要工作人員及時對線路故障進行檢測，并在日常運行維護過程中使用故障檢測方法對線路進行巡檢以及維護。為此，本研究利用故障錄波器采集數(shù)據(jù)并利用Peasron相關(guān)系數(shù)以及黃金分割搜索方法實現(xiàn)多端輸電線路的故障處精確定位。通過試驗分析證明，研究設(shè)計方法的相對測距誤差皆不超過0.1‰，能夠有效實現(xiàn)線路故障的精確定位。通過精確定位，工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)對應(yīng)故障，最快速度對故障進行檢修維護，為用戶用電提供可靠的電力服務(wù)。