架空輸電線路跳閘故障智能診斷

蘭宏斌，李明，李成峰

（國網(wǎng)鐵嶺供電公司，遼寧鐵嶺 112000）

1 架空輸電線路跳閘故障的現(xiàn)狀分析

輸電線路多敷設(shè)在戶外，線路長度長、沿途環(huán)境復(fù)雜，非常容易受到周圍環(huán)境的影響，如受到雷電、農(nóng)業(yè)種植、高大樹木、覆冰、大風(fēng)天氣、民宅建設(shè)、工業(yè)施工等影響而發(fā)生跳閘事故。跳閘事故不僅會(huì)影響到所負(fù)載設(shè)備的供電，還會(huì)對(duì)整個(gè)局部電網(wǎng)系統(tǒng)造成沖擊，使系統(tǒng)電壓陡降、部分設(shè)備損壞。因而在系統(tǒng)發(fā)生跳閘情況后，如何迅速準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)并第一時(shí)間恢復(fù)供電就變得非常重要。如果是重復(fù)出現(xiàn)的跳閘情況，還需要對(duì)情況進(jìn)行對(duì)比，找出跳閘的原因，彌補(bǔ)架空輸電線路檢修的不足，并采取針對(duì)性的手段進(jìn)行預(yù)防。我國目前使用的故障定位、分析等診斷技術(shù)還不夠成熟，雖然國內(nèi)現(xiàn)行的一些系統(tǒng)可以進(jìn)行故障定位，但準(zhǔn)確性和時(shí)效性都有待提高。該文通過對(duì)架空輸電線路故障跳閘情況的研究，介紹了一種智能通信技術(shù)和在線監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的智能診斷方法對(duì)跳閘故障進(jìn)行有效定位，保證了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，同時(shí)減輕了電網(wǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[1]。

2 智能診斷系統(tǒng)的原理剖析

對(duì)故障的準(zhǔn)確定位以及對(duì)故障原因的準(zhǔn)確識(shí)別是所有智能診斷系統(tǒng)的共同目標(biāo)。架空輸電線路故障跳閘的數(shù)據(jù)采集現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了毫秒級(jí)別，這就對(duì)系統(tǒng)提出了很高的要求。

2.1 如何對(duì)跳閘故障進(jìn)行定位

該文介紹的故障診斷系統(tǒng)是采用分布式故障定位技術(shù)對(duì)架空輸電線路跳閘故障進(jìn)行定位，其原理就是將電流信號(hào)的采集終端裝置均勻的安裝在輸電線路的各個(gè)區(qū)段，通過采集每個(gè)區(qū)段的工頻故障電流和行波電流，然后輸送到上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行分析比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確定位。工頻故障電流反映了故障發(fā)生的區(qū)間，而通過對(duì)行波電流運(yùn)行狀態(tài)的比對(duì)又大大提高了故障定位的準(zhǔn)確性[2]。

圖1 工頻電流流向示意圖

如圖1所示，在變電站1 和2 之間共設(shè)置了N 個(gè)監(jiān)控線路跳閘故障電流采集終端。在第M 和M+1 個(gè)終端之間發(fā)生了雷擊造成的線路接地故障，系統(tǒng)采集到工頻故障電流和行波電流狀態(tài)，通過系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行邏輯分析與運(yùn)算，從而準(zhǔn)確地定位了接地故障發(fā)生的位置。

2.2 如何判斷故障的性質(zhì)

架空輸電線路跳閘故障的性質(zhì)主要分為雷擊造成事故和非雷擊造成事故。雷擊造成事故又分為反擊故障和繞擊故障兩種。所謂反擊故障就是當(dāng)雷電擊中架空線路的某個(gè)桿塔時(shí)，雷電攜帶的大電流會(huì)通過桿塔進(jìn)入大地，大電流在桿塔自身阻抗和接地電阻的共同作用下使桿塔產(chǎn)生了較大的壓降、 橫擔(dān)和塔架電勢(shì)陡升，絕緣子所承受電壓超過閃絡(luò)電壓而發(fā)生絕緣子被擊穿故障。絕緣子在被擊穿前架空線路產(chǎn)生了一個(gè)與雷電電流極性相反的禍合電流，擊穿后雷電電流通過絕緣子進(jìn)行架空導(dǎo)線[3]。而繞擊是雷電直接流入架空導(dǎo)線，造成導(dǎo)線對(duì)地電勢(shì)瞬間升高，絕緣子受到超過閃絡(luò)電壓的沖擊而發(fā)生擊穿現(xiàn)象，造成架空線路故障。而反擊和繞擊產(chǎn)生的故障都存在絕緣子閃絡(luò)后行波電流經(jīng)過桿塔入地會(huì)產(chǎn)生1 個(gè)反向的電流，使導(dǎo)線中的電流在波前和波尾部分陡度很大。非雷擊造成的故障原因就比較多，如農(nóng)業(yè)種植、高大樹木、覆冰、大風(fēng)天氣、民宅建設(shè)、工業(yè)施工等。其閃絡(luò)過程與交流電流的變化密切相關(guān)，電弧呈現(xiàn)熄滅重燃、延伸收縮的變化，與雷擊故障相比其暫態(tài)行波電流頻率較低口序班。因此診斷系統(tǒng)可以通過行波電流來對(duì)故障進(jìn)行判斷。

3 智能診斷的創(chuàng)新性

為了提高故障診斷的高效性與準(zhǔn)確性，應(yīng)用智能診斷系統(tǒng)勢(shì)在必行。智能診斷系統(tǒng)可以有效提高故障的檢測(cè)水平，對(duì)故障進(jìn)行迅速診斷與反應(yīng)，縮短故障維修時(shí)間，提高用戶的滿意度，為故障智能化診斷提供理論依據(jù)。故障智能診斷系統(tǒng)可以對(duì)故障的原因進(jìn)行識(shí)別與判斷，并將讀取到的信息及時(shí)進(jìn)行處理。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)之上的智能診斷系統(tǒng)可以接受前端傳達(dá)的命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的有效診斷。

3.1 行波測(cè)距提高故障定位精確度

與傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)相比，智能診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的迅速診斷和處理。常見的技術(shù)是行波測(cè)距，可迅速對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，確保位置精確。對(duì)故障測(cè)距時(shí)，主要結(jié)合先進(jìn)的行波傳輸理論，并結(jié)合波頭到達(dá)兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差，保障故障得到合理診斷，操作迅速、便捷。總之，智能化行波測(cè)距能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)的不足，保障故障診斷與定位精確度大大提高。

3.2 分布式系統(tǒng)迅速發(fā)現(xiàn)故障

智能診斷系統(tǒng)之所以可以迅速發(fā)現(xiàn)和解決故障，主要是因?yàn)榧芸站€路的跳閘故障往往十分復(fù)雜，需借助先進(jìn)的智能診斷系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而得到所需數(shù)據(jù)。常見的應(yīng)用是分布式系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但卻更加容易實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的搜集和整理。一旦線路出現(xiàn)故障，利用分布式系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)終端環(huán)節(jié)就可以對(duì)關(guān)鍵的信息進(jìn)行搜集與整理。這一部分通常安裝在導(dǎo)線上，使得信息搜集迅速、便捷；利用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)WEB 服務(wù)查詢，方便需求者隨時(shí)查詢所需信息，便于對(duì)故障進(jìn)行高速識(shí)別和定位。與傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)能夠?qū)收习l(fā)生的時(shí)間及時(shí)進(jìn)行記錄，找出故障的源頭，有效減少維修時(shí)間，提高維修效率。

3．3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模擬人的思維

智能診斷技術(shù)的創(chuàng)新之處還在于應(yīng)用了先進(jìn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)不僅可以提高故障診斷效率和效果，還可以模擬人的思維，對(duì)信息進(jìn)行智能處理與識(shí)別。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)力很強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的高效率存儲(chǔ)。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能診斷系統(tǒng)可連續(xù)分析信息，能夠處理龐大的信息與數(shù)據(jù)，具有廣泛的發(fā)展前景。

3.4 高效監(jiān)測(cè)雷擊避雷線耦合電流

智能診斷技術(shù)能夠有效應(yīng)對(duì)雷擊事故，起到有效的預(yù)防效果。通過智能診斷技術(shù)可以對(duì)雷電準(zhǔn)確定位，對(duì)走廊落雷的密實(shí)度進(jìn)行仔細(xì)分析后，再監(jiān)測(cè)避雷線耦合電流現(xiàn)象，從而明確雷擊位置，提高故障的處理效率，保證線路安全。

總之，為了方便故障診斷工作順利進(jìn)行，減少診斷時(shí)間，就要應(yīng)用智能診斷技術(shù)迅速定位故障位置，減少時(shí)間損耗，創(chuàng)新故障診斷手段。

4 智能診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

該文介紹的架空輸電線路故障跳閘智能診斷系統(tǒng)可以為檢修人員的雷電預(yù)防工作提供參考，而且保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)采用成本低廉的差異化防雷方法，有效地提升了輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)中裝設(shè)的電流采集裝置具有雷電定位功能，對(duì)于所轄區(qū)域線路走廊的落雷情況進(jìn)行采集，通過一定的方式進(jìn)行運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對(duì)故障跳閘的預(yù)判。在實(shí)際運(yùn)用中由于輸電線路長度較長，沿途環(huán)境復(fù)雜，這就使得電流采集裝置對(duì)避雷線禍合電流和繞擊導(dǎo)線未跳閘電流的精確采集變得尤為重要，這也是對(duì)雷擊故障進(jìn)行預(yù)判的基礎(chǔ)。通過對(duì)雷擊點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，判斷雷擊發(fā)生可能的角度，通過診斷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算將結(jié)果反映在公共機(jī)主畫面上。某地區(qū)110kV 變電所兩回路高壓進(jìn)線在每年3月雨季來臨之前都要進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)，在試驗(yàn)同時(shí)對(duì)故障跳閘診斷系統(tǒng)進(jìn)行模擬操作[4]。在雨季過程中，對(duì)110kV 線路走廊的落雷情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并與往年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。尤其對(duì)于曾經(jīng)發(fā)生過故障的地區(qū)重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)自動(dòng)生成的曲線可供隨時(shí)查閱。記錄顯示3—10月之間該地區(qū)共出現(xiàn)落雷12 次，其中73%集中在7、8 兩個(gè)月，線路的12-19# 桿塔為落雷的密集區(qū)域，該線路檢修人員每月使用紅外探測(cè)儀對(duì)線路的電暈進(jìn)行一次全面檢查，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域每周檢查一次，發(fā)現(xiàn)桿塔懸掛樹枝1 次、鳥窩23 個(gè)，檢修人員及時(shí)進(jìn)行了停電消缺。該線路在雨季過程中未出現(xiàn)故障跳閘情況，運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)語

現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了電力行業(yè)的不斷進(jìn)步，同時(shí)也讓電力在工業(yè)領(lǐng)域中的發(fā)揮的作用越發(fā)的重要。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成了一個(gè)關(guān)乎國計(jì)民生的重要問題，這些都為電力行業(yè)的從業(yè)人員提出了很高的挑戰(zhàn)。如何采取有效措施避免線路跳閘故障的產(chǎn)生是電力專業(yè)科技攻關(guān)的一項(xiàng)重要的命題。該文簡單介紹了一種架空線路故障診斷系統(tǒng)，希望能為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供幫助。