高壓直流輸電線路故障定位技術

聶榮鎮等

【摘 要】直流輸電與交流輸電是高壓輸電系統運行過程中的兩種輸電方式，在實際運行過程中，由于直流輸電具有較大的輸電容量，并且通常需要經過長距離的傳輸，導致其很容易出現輸電線路故障，及時做好其故障定位并予以有效的處理非常的必要，本文就主要對常見的高壓直流數顯線路故障及相關的故障定位技術予以簡單分析。

【關鍵詞】高壓直流 輸電線路 故障定位技術

在高壓直流系統運行過程中，其中故障率最高的元件就是直流系統故障，尤其是在一些地形復雜的地區，在遠距離的傳輸過程中，很容易受到樹枝、污穢、雷擊等環境因素的影響，導致線路絕緣水平的降低，從而導致線路發生閃絡、對地故障等，而由于其線路傳輸距離遠，所經過的地形條件復雜，一旦其發生故障，在故障點的查找過程中具有很大難度，加大故障定位技術的研究力度，以便于快速準確的做好高壓直流輸電線路的故障定位工作是非常必要的。

1 常見的高壓直流輸電線路故障

高壓直流輸電線路具有傳輸距離遠，所經過地形條件復雜的特點，并且輸電線路是直接在空氣中裸露，沒有相關的保護措施，受到各方面因素的影響，很容易發生各種故障，其中最為常見的故障就是對地閃絡、雷擊等故障，具體表現為：（1）對地閃絡，通常情況下高壓直流輸電線路中都有很多桿塔，并且在桿塔上配備有相應的絕緣，但是由于輸電線路在運行過程中是直接在空氣中裸露，污穢、樹枝、雪、霧等一些自然環境因素不可避免的會對桿塔的絕緣產生影響，長期以來，桿塔會遭到一定程度的破壞，很容易導致對地閃絡現象的發生，發生對地閃絡之后，若不能及時采取有效的措施進行處理，就會導致出現熄弧困難的現象，在這種的運行狀態下，一旦線路發生相應的故障，很容易導致線路電壓出現突變，線路就會發生放電現象，從而對整個高壓直流輸電系統的正常運行產生嚴重影響；（2）雷擊故障，由于直流輸電線路包含有兩個電壓極性相反的極，在同性相斥、異性相吸的基本原理的下，點云很容易向不通極性的直流極線放電，一旦在相同的地點處于兩個極，那么會導致另外兩個極同時遭受雷擊的可能性大大增加，通常情況，直流輸電線路遭受雷擊的實際非常的短，但就是在這個非常短的時間內，會導致直流電壓的迅速升高，在這個電壓升高的過程中，若其電壓數值超出了雷擊處絕緣所能夠承受的數值，那么直流輸電線路出現相應的故障的概率就會大大增加；（3）其他故障，上文中所述的兩種故障是高壓直流輸電線路運行過程中最為常見的兩種故障，但是高壓直流輸電線路運行過程中所出現的故障絕不是僅限于這兩種，還有直流線路短線、高阻接地等多種故障，但是不管是何種類型的故障，一旦故障發生，都應該及時采取有效的措施進行處理，否則由于故障所造成的后果是非常嚴重的。

2 高壓直流線路故障定位技術研究現狀

交流輸電與直流輸電是目前主要的兩種輸電模式，交流輸電線路與直流輸電線路的物質本質并沒有什么不同，但是二者的能量集中頻帶存在明顯的差別，目前的相關研究中，有關交流輸電線路故障定位原理的研究有很多，但是并不是其所有的故障定位技術都適用于直流輸電線路的故障定位。有關直流輸電線路故障定位的設備，目前最為常用的定位原理就是行波原理，雖然交流輸電線路故障定位技術有多種，但是只有其中一部分能夠應用于直流輸電線路故障定位工作中，這主要是因為，直流輸電線路通常比較長，其與交流輸電線路相比，存在明顯的分布參數特性，為了保證其故障定位的準確度，通常是需要應用分布參數模型的；并且直流線路主要是進行低頻能量的傳輸，一旦輸電線路發生相應的故障，將會導致其無法擁有穩定的工頻量，在開展直流輸電線路故障定位工作的過程中，就不能應用基于工頻量的頻域法故障定位原理開展故障定位。總體上來講，由于直流輸電線路故障定位需要應用到分布參數模型，并且不能應用基于工頻量的頻域法開展故障定位，因此其故障定位工作通常是在時域中進行，因此目前常用的直流輸電線路故障定位技術有基于分布參數模型的單端、兩端量故障分析法以及應用單端與兩端量開展故障定位的行波法。

3 常見的高壓直流輸電線路故障定位技術

3.1 直流輸電線路行波故障定位技術

行波故障定位技術起初是應用于交流輸電線路故障定位工作中，上世紀四十年代，行波定位技術由此產生，在開展相關研究的過程中發現，暫態的行波在傳播的過程中，速度是非常穩定的，但是一旦線路發生相應故障，就會導致暫態行波只能在母線與故障點之間進行傳播，因此，可以通過暫態行波的傳播時間及出現故障的距離來判斷故障點。理想狀態下，線路的類型、線路兩側的系統以及線路的故障電阻都不會對行波法測距產生影響，因此應用行波法測距具有良好的可靠性，并且其測量精度比較高。盡管行波法具有諸多的優點，但是其也存在一些資深的缺陷性，如：線路所產生的故障行波具有明顯的不確定性，并且在超高速采樣頻率、行波信號的提取等方面存在較大的難度。在將行波故障定位技術應用于直流輸電線路的故障定位工作中，與交流輸電線路故障定位相比，存在明顯的優勢，主要表現為：（1）行波定位的故障初相角不會對直流線路產生明顯的影響；（2）在直流輸電線路運行過程中，其母線結構通常不會發生相應的變化，并且系統只存在一條出線，不需要與其他線路進行分辨，在進行某一條線路故障定位的過程中，不會對其他線路的故障定位產生影響。正因為，將行波法故障定位技術應用直流輸電線路故障定位工作中具有這兩方面的優點，使得其在高壓直流輸電線路故障定位工作中具有廣泛的應用。

對目前高壓直流輸電線路故障定位工作中常用的行波法故障定位技術進行簡單分析，發現其主要存在兩種行波故障測距基本原理，其中一種是D型雙端原理，另一種是A型單端原理，在實際的故障定位應用工作中，最為常用的為D型雙端原理。在實際的故障定位工作中，行波故障定位技術最核心的內容為標定波頭起始時刻以及波頭的識別，這就對相關工作人員提出了較高的要求，尤其是在波頭識別的過程中，相關的工作人員必須要能夠具備較高的專業素質，這也使得這一工作具有較強的主觀性，自動化實現起來具有較大難度，但是若在實際的故障定位工作中，行波波頭幅值及過渡電阻受到限制，就會導致定位的精度與可靠性受到較大的影響，故障定位位置的準確性也就難以得到保證，因此，在實際的高壓直流輸電線路故障定位工作中，若單純的應用行波故障定位技術，是難以保證其定位結果的可靠性的。

3.2 直流輸電線路故障分析法故障定位技術

故障分析法主要是依據相關測量結果及參數得到電流、電壓等值，通過分析計算的方法，對故障點的距離開展計算，與其他方法相比，故障分析法是一種比較簡單的故障定位方法，可行性比較強，在實際應用中，若要完成對故障點距離的測量，通過先用的故障錄波器就能夠很好的完成。在故障分析法中，單端量法、雙端量法是兩種常用的方法，在實際操作過程中，單端量法操作起來比較方便，但是起適用范圍比較窄，在本側信息中使用起來比較方便，但是不可避免的會對對側系統產生一定的影響；若應用雙端量法，不會產生互相影響的問題，但是在實際操作過程中，若想要成功的獲取對側信息，還需要借助于其他通信技術，在這一過程中，會產生大量的同步數據，導致整個計算的計算量非常的大。盡管如此，故障分析法還具有本身特有的優點，其與其他故障定位技術相比具有很強的可靠性，對于采樣的要求也是比較低的，但是其缺點是其受到線路參數精度的影響比較大，其在精度上要比行波故障定位技術要差。

在對直流輸電線路的故障進行定位時、故障分析法采用的是基于分布參數模型的時域法、這種方法具有非常大的優勢、在故障發生的整個過程中、會產生許多數據、這些數據都可以用來定位、在進行測距時、時域-頻域之間無需進行轉換。基于這些優點、在未來的直流輸電線路故障定位中、故障分析法將會成為發展趨勢。故障分析法在進行故障定位時、所采用的方法為時域法、通過時域法、任一段暫態數據都可以用來進行故障定位、這對于行波故障定位的方法來說、具有更為廣闊的定位空間。并且時域法所需要進行的采樣率比較低、可靠性比較高、在實際的直流電路故障定位中、具有非常高的實用價值。因此、應該大力推廣故障分析法的發展及應用。

4 結語

由上文分析可知，由于直流輸電線路與交流輸電線路并無本質區別，只是能量集中頻帶不同。理論上，交流線路的部分故障定位原理也適用于直流線路。直流系統故障暫態過程中含有大量的特征頻率信號，可研究基于特征頻率的故障定位原理。基于時域微分方程的故障定位方法，原理上不受非周期分量和各次諧波影響，可研究適用于直流輸電線路的時域故障定位原理。另外，可研究直流線路故障定位中線路參數不精確及其頻變特性問題、故障電弧特性問題的解決措施。充分利用直流輸電線路故障特征，可構建多種故障定位原理，從而提高直流線路故障定位的可靠性和準確性。

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