輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)在一起樹障故障中的應用

尹平安， 鄒敏君， 許 玥， 嚴小敏

（1.云南電網(wǎng)有限責任公司紅河供電局， 云南 紅河州 654400；2.武漢三相電力科技有限公司， 湖北 武漢 430074）

引言

輸電線路是輸送電力的動脈，其分布范圍廣，傳輸距離遠，可能途徑山林、湖泊、重工業(yè)區(qū)等各種自然環(huán)境，遇有植被茂密地區(qū)，超高樹木會對線路的安全運行造成嚴重影響，輕則可能發(fā)生跳閘故障，重則導致斷線事故[1]。隨著電網(wǎng)密度逐年增大，樹線矛盾日益增強，每年因樹障造成的直接經(jīng)濟損失越來越大，帶來的安全問題越來越多，給電力系統(tǒng)造成很大的安全威脅和經(jīng)濟損失[2-3]。

傳統(tǒng)的事故排查主要依靠人工巡視來實現(xiàn)，不僅耗費大量人力和物力，而且對于不能砍伐或無法協(xié)議砍伐，只能做封尖處理的樹障，存在巡視計劃不合理、效率低以及發(fā)現(xiàn)問題不及時等缺點，無法保證供電可靠性，由于對故障原因判斷不準確，所采取的治理措施針對性不強，使線路故障跳閘率難以得到有效降低[4-5]?，F(xiàn)有的在線監(jiān)測方式檢測對象單一，且大部分需要逐基桿塔安裝，時效性不高。而智能故障診斷系統(tǒng)可以幫助專業(yè)工作人員快速查找故障點，判斷故障原因，提高工作效率，大大提高輸電線路的防護水平，降低人力勞動強度和人工成本，對保證電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。

輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)是將監(jiān)測裝置分布式安裝在導線上，實時獲取故障時刻故障點附近的工頻分量和行波分量，高精度定位各種故障跳閘的區(qū)間和位置，并智能辨識故障波形特征，判斷事故發(fā)生的原因[1]。本文針對一起實際220 kV輸電線路跳閘故障，應用輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)進行診斷分析，快速、準確地找到故障位置和原因，使工作人員能夠及時修復故障，提升線路運行維護水平。

1 故障概況

2017年5月3日09時25分08秒，某220 kV輸電線路發(fā)生跳閘故障，重合閘未成功，智能故障診斷系統(tǒng)的診斷結果如表1所示。

表1 診斷結果

故障發(fā)生后立即指派工作人員在給定的范圍內進行現(xiàn)場排查，確定了293號桿塔附近樹木超高覆蓋在輸電線上，引起線路短路而跳閘，對故障點進行拍照如下頁圖1所示。

2 故障診斷分析

2.1 輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)簡介

輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)是進行輸電線路跳閘故障定位及故障原因辨識的系統(tǒng)，由監(jiān)測終端、服務器和客戶端組成，如下頁圖2所示[2]。具體工作原理為：將監(jiān)測終端分布式安裝在輸電線路導線上，實時采集線路的工頻信號和各類異常放電行波信號，由GPRS上傳至服務器，并存于內存和庫文件中，再經(jīng)后臺軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析后得到診斷結果，將結果發(fā)送至客戶端，以便工作人員能夠及時掌握故障情況，了解故障信息并進行相應處理。

圖1 293號桿塔樹障現(xiàn)場圖

圖2 輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)結構圖

2.2 輸電線路故障定位

行波法始于20世紀40年代初，是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)故障測距的，是當前研究熱點之一，也是公認的故障定位最有效的方法之一[3]，可分為單端法和雙端法，單端法是測量故障產(chǎn)生的行波在故障點及母線往返一趟的時間來測距，雙端法利用故障行波到達線路兩端的時間差來測距。根據(jù)線路實際情況，本文采用單端行波法對故障點進行精確定位，從而驗證智能故障診斷裝置診斷結果的準確性。

跳閘案例中的線路全長130.693 km，于兩變電站間分別在1號桿塔、120號桿塔、182號桿塔、230號桿塔、274號桿塔、324號桿塔、372號桿塔上安裝了輸電線路智能故障監(jiān)測終端，整體分布如圖3所示。

圖3 跳閘線路的故障監(jiān)測終端分布圖

輸電線路智能故障診斷終端于2017年5月3日9時25分8秒 134毫秒844微秒在該線路B相上監(jiān)測到工頻分閘電流波形，如圖4所示，波形中故障電流增大約兩個半周期后歸零，符合線路發(fā)生故障時工頻電流特征，因此系統(tǒng)判定輸電線路發(fā)生跳閘故障，故障相為B相。

故障行波電流在故障點與變電站折反射，故障電流行波主波頭從故障點出發(fā)第一次到達182號桿塔上的終端的時刻記作“1”，故障電流行波主波頭經(jīng)小號變電站反射第二次到達182號桿塔上的終端的時刻記作“2”，故障電流行波主波頭經(jīng)小號變電站和故障點反射后第三次到達182號桿塔上的終端的時刻記作“3”，如圖 5所示。

圖4 68號桿塔B相故障分閘工頻電流波形

圖5 182號桿塔故障分閘高頻電流波形

為定位故障點，畫出如圖6的示意圖，對故障行波過程進行分析。

圖6 故障點行波電流行進路線圖

根據(jù)單端行波法測距的原理，基于系統(tǒng)測得的故障波形參數(shù)，可用下式計算故障點到182號桿塔的距離：

其中，L1為故障點到182號桿塔的距離；t2為故障電流行波主波頭經(jīng)小號變電站反射第二次到達182號桿塔上的終端的的時刻；t3為故障電流行波主波頭經(jīng)小號變電站和故障點反射后第三次到達182號桿塔上的終端的時刻；v表示行波在輸電導線上傳播的速度，以290 m/μs計算。

經(jīng)過監(jiān)測終端的GPS精確對時，可在后臺軟件中讀取圖5中標示的點2和點3兩處波峰對應的時刻 t2和 t3的差值為 Δt=274 μs，代入公式（1）后，可求得故障點位于距離1號桿塔的距離L1=39 730 m處，最終定位在294號桿塔附近。這一定位結果與現(xiàn)場最終確認的故障桿塔293號桿塔相近，造成誤差的原因是線路改造后，桿塔的檔距有改動，未及時錄入資料庫中。

2.3 輸電線路故障類型辨識

架空輸電線路長期暴露在自然環(huán)境下，很容易遭受到外界的影響和損害，一般輸電線路故障原因分為內在因素和外在因素，內在因素是由自身質量問題或線路老化引起的，外在因素是由外在環(huán)境、天氣、外力因素引起的，一般將外在故障原因分為雷擊和非雷擊兩大因素。

通過分析圖5中故障行波電流波形，182號桿塔B相上故障時刻電流行波波尾持續(xù)時間大于20微秒，符合線路非雷擊跳閘特征，故系統(tǒng)最終判定此次故障為非雷擊跳閘故障，巡線結果為樹障導致的線路跳閘。

3 結論

1）本文應用輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)對某220 kV輸電線路的一起跳閘故障進行診斷分析，系統(tǒng)判定故障相為B相，為非雷擊故障。

2）由單端行波精確故障定位計算得出，故障點距離182號桿塔大號方向39 730 m，在294號桿塔附近，與人工巡線結果相近，定位準確。

3）輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)在定位故障點和辨識故障原因方面高效精確，應加強推廣應用，減少輸電線路的運維成本和恢復時間，提高電力系統(tǒng)供電可靠性。