柔性直流輸電線路故障定位分析與研究

吳　哲

（汕頭供電局，廣東汕頭　515041）

柔性直流輸電線路故障定位分析與研究

吳哲

（汕頭供電局，廣東汕頭515041）

隨著直流輸電技術的發展，柔性直流輸電在生活和生產中應用越來越廣泛。由于直流輸電線路往往距離比較遠，故障發生率比較高。要確保直流輸電系統可靠安全運行，快速診斷和消除輸電線路故障就顯得尤為重要。本文對現有的直流輸電線路故障定位位方法的應用和優缺點進行了分析和討論，并根據多年的經驗對今后直流輸電線路故障定位的研究提出了一些建議。

柔性直流輸電線路行波分析法故障分析法

1　概述

柔性直流輸電與交流輸電比較，具有輸送電量大、輸送距離長、配電網絡互聯簡便、送電功率容易調節、輸電走廊占用空間小等特點。因此在遠距離輸電、分布式電能并網、島嶼供電以及城市中心區域供電等方面優勢明顯。如今直流輸電工程數量逐漸增多，柔性直流輸電在我國發展十分迅速。直流系統中，由于雷電、樹木遮擋和污染物附著導致輸電線路故障率往往比較高。同時由于直流輸電線路距離往往比較遠、經?？缭礁鞣N地形穿越不同氣候區域，導致高故障率的同時，也造成故障的診斷和恢復難度加大。因此，快速準確的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停電造成的損失，對提高輸電系統綜合性能指標具有重要意義。［1］

2　柔性直流輸電線路故障定位方法的研究

目前，直流輸電線路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。其中行波分析法的應用最為廣泛。行波分析法包括A、B、C、D、E、F五種類型，其中A、C、E、F應用單端分析原理，B、D采用雙端分析原理。根據電氣數據來源故障分析法可分為單端分析法和雙端分析法兩種，根據電氣數據形式可分成頻域分析法和時域分析法。［2］

2.1直流輸電線路故障定位的行波分析法

行波分析定位法最初應用于交流線路的故障分析，因為暫態行波在線路中斷傳輸速度穩定，因此故障距離可以通過測量行波在母線和故障點之間的傳輸時間計算得出。從理論上講，行波分析法的可靠性和測量精度與輸電線路類型、故障阻抗和兩側系統特性無關。和交流輸電線路行波分析法相比，直流輸電線路行波分析的優勢有：（1）直流電壓不存在周期性過零，不存在故障初相角影響的問題，并且暫態行波能量較大，波頭比較容易分辨；（2）直流線路母線的機構固定，并且母線通常只有一條出線，不需要分辨故障點傳輸的行波和不同母線的反射波和透射波，故不存在其他線路影響的問題。實踐表明，行波分析法測量直流輸電線路的故障點檢測誤差通常不超過三千米。在實際應用中，雙端分析原理應被作為主要的檢測原理，而單端分析原理應作為輔助檢測原理。

根據測量原理可知，行波分析法定位故障點是通過分辨波頭、測定波頭的初始時間來完成故障定位的。波頭的分辨和測定工作，要求完成工作的作業人員有較高的專業素質，此項工作實現自動化的難度較大。當存在過度電阻、行波波頭幅值受到限制時，行波波頭起始點分辨的準確度會更加難以保證，使定位的精確度和可靠性受到嚴重影響。一旦過渡電阻持續加大到一定值，行波分析法就會因為沒有啟動而不能定位故障，類似現象在南方電網的直流輸電線路故障分析中多次出現。并且在故障發生在直流線路的首末端時，行波分析法還會出現死區，并且雙端故障分析的準確度和可靠性取決于GPS的準確對時和正常通訊。同時，由于電磁波的傳輸速度接近光速，1μs的偏差則會導致大約300米的誤差發生，為了更加精確的測定波頭起始時間、提高定位精確度。必須應用高采樣頻率的裝置。

綜上可知，僅僅應用直流輸電線路的行波分析法，對于要求采樣頻率較高、過渡電阻大的情況，難以實現故障點的定位分析。另外，由于波頭分辨和起始時間測定的問題，必須工作人員完成，自動化測量難以實現。［3］

2.2直流輸電線路故障定位的故障分析法

故障分析法是依據系統相關參數和測量出的電流、電壓，經過分析和計算，得出故障點的距離。故障分析法對采樣頻率的要求比較低，因此可靠性相對較高，但容易受線路參數的準確度影響，導致故障定位的精度相對行波原理低。故障分析法中的基于分布參數的時域法從故障發生瞬時到穩態整個過程中的所有數據都可以用作故障定位，采樣點直接測距不需時域到頻域的轉換，數據窗較短，時域法成為故障定位的發展趨勢。

綜上，時域法可以應用故障發生后的任一暫態數據進行故障定位，采樣頻率低、可靠性高，有一定的使用價值。但是所需線路參數高，造成故障定位的精度往往低于行波分析法。［4］

3　直流輸電線路故障定位研究的建議

因為直流輸電線路和交流輸電線路除能量集中的頻帶不同外，沒有本質的分別。因此，從理論上講，某些交流故障定位分析方法，同樣適用于直流線路故障分析。直流線路故障暫態過程包括狠多特征頻率信號，可進行特征頻率的定位原理研究。故障的時域微分方程定位法，由于不受諧波和分周期分量影響，可進行直流輸電線路時域故障定位分析。此外，應對線路參數不準確及頻變特征問題、故障電弧特征問題進行研究，提出解決方法。對直流輸電線路的故障特性進行深入研究和分析，提出更加先進的故障定位分析法，提高直流線路故障定位的精確度和可靠性。

4　結語

本文對直流輸電線路的故障定位原理進行了簡單的分析和討論。根據國內外研究和實際應用的基礎上，對故障定位的原理和方法進行了分類研究，指出了不同分析法的優缺點。并對故障定位分析的研究提出了一些建議和設想，提出了故障定位分析研究的進一步方向。

［1］葛耀中.新型繼電保護與故障測距原理與技術［M］.西安：西安交通大學出版社，2007.

［2］浙江大學發電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［3］郭俊宏，譚偉璞，楊以涵，等.電力系統故障定位原理綜述［J］.繼電器，2006，34（3）：76-81.

［4］江全元，鄒振宇，曹一家，等.考慮時滯影響的電力系統穩定分析和廣域控制研究進展［J］.電力系統自動化，2005，29（3）：1-7.

吳哲（1988—），男，廣東汕頭人，汕頭供電局員工，主要從事電力電纜工作。