輸電線路故障類型辨識(shí)探究

閆雪松

【摘 要】輸電線路是輸送電能的重要通道，其是電力系統(tǒng)的重要組成部分，而輸電線路故障是影響其正常運(yùn)行的重要因素，所以我們必須對(duì)輸電線路故障進(jìn)行研究。基于此，文章主要在故障波形判斷的基礎(chǔ)上，先對(duì)輸電線路故障原因及類型識(shí)別原理進(jìn)行了分析，然后探究了三種典型的輸電線路故障的識(shí)別方法，希望能為相關(guān)人員提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；故障；類型；辨識(shí)

隨著我國(guó)社會(huì)能源需求量的不斷增大，越來越多的電能需要通過輸電線路輸送給用戶。這也使得我國(guó)高壓等級(jí)、超長(zhǎng)距離的輸電線路建設(shè)工程的數(shù)量在不斷增多。這些高壓、長(zhǎng)距離的輸電線路通常都會(huì)安裝在地理環(huán)境比較復(fù)雜的地方，其可能經(jīng)過高山、森林、峽谷，或者人口較多的城鎮(zhèn)，這增大了輸電線路發(fā)生各種故障的概率，也使得輸電線路故障類型變多了。

一、故障原因分析

隨著我國(guó)各種科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)繼電保護(hù)措施基本可以確保輸電線路的正常運(yùn)行，但是，由于外力和設(shè)備自身原因造成的輸電線路故障是繼電保護(hù)裝置無法有效預(yù)測(cè)和控制的，所以，我們必須對(duì)輸電線路故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而找到有效的解決措施。導(dǎo)致輸電線路發(fā)生故障的主要因素通常包括自然外力、人為外力以及設(shè)備自身問題三種。據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自然外力占據(jù)整體輸電線路故障的50%，以雷擊線路故障主，雖然自然外力對(duì)線路的破壞是人為無法控制的，但是可以通過安裝有效的防雷裝置提高線路防雷水平。人為外力和設(shè)備自身問題是輸電線路故障的另外兩大部分，占據(jù)整條線路故障的25%，人為破壞類型也比較多，如架空線路下施工機(jī)械操作部當(dāng)導(dǎo)致架空線導(dǎo)線碰線、斷線，架空導(dǎo)線因纏繞異物導(dǎo)致輸電線路發(fā)生交叉短路或接地等故障。由于運(yùn)行環(huán)境的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致線路電瓷元件發(fā)生污閃、變壓器過電壓、各類附件變形損害等故障。

二、輸電線路故障識(shí)別原理

電路呈純電阻時(shí)，電流電壓阻抗角（即相角）為0度；純電容時(shí)，電流相角超前電壓90度；純感抗時(shí)，電壓相角超前電流90度。而在現(xiàn)實(shí)輸電線路（尤其是超高壓輸電線路）中，我們測(cè)得的輸電線路阻抗值，不僅有電阻值，還有容抗值及感抗值均存在，且有個(gè)特點(diǎn)，感抗值大于電阻值和容抗值。距離越長(zhǎng)、電壓等越級(jí)高的輸電線路這個(gè)現(xiàn)象會(huì)更加明顯，即感抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻值和容抗值。但是，正常情況下，輸電線路均呈感性。同時(shí)容抗值沿輸電線路均勻分布，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感抗值，將被感抗值所抵消，其阻抗計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：Z=R+jXZ（Z為輸電線路阻抗值，R為輸電線路電阻值，X為輸電線路感抗值），電阻R與感抗X的夾角即為阻抗角。

輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置安裝處的電壓與電流角度比反應(yīng)的是該輸電線路阻抗及負(fù)荷阻抗之和的阻抗角，此時(shí)由于負(fù)荷電阻比重較大，所以阻抗角較小。輸電線路發(fā)生單相接地后，保護(hù)裝置安裝處的電壓與電流角度比反應(yīng)的是保護(hù)安裝處與接地點(diǎn)之間的輸電線路阻抗與接地阻抗之和的阻抗角。在忽略輸電線路分布電容影響的情況下，輸電線路阻抗角度將會(huì)根據(jù)接地阻抗的特性發(fā)生相應(yīng)的變化。如輸電線路發(fā)生純金屬性接地時(shí)，由于其接地電阻很小，感抗值占比重較大，短路阻抗角得角度將接近90度，即電壓波形較電流波形超前近90度（如圖1）；而輸電線路經(jīng)高阻接地時(shí)，電阻占比重增大，短路阻抗角將減少，即電壓波形較電流波形超前的角度減小（如圖2）。

三、三種典型的輸電線路故障類型的識(shí)別

經(jīng)過對(duì)輸電線路故障識(shí)別原理的研究，我們可以認(rèn)識(shí)到利用線路保護(hù)裝置在故障時(shí)記錄下的電氣量波形可以快速判斷出故障類型。

（一）線路故障波形識(shí)別方法

輸電線路故障過程中，故障相電流突然急劇增大，電壓下降，故障波形為不標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，并出現(xiàn)零序電流及零序電壓。在故障波形圖中，越上面的波形其產(chǎn)生的時(shí)間越早。選擇故障波形中部電壓（電流）波形過零點(diǎn)與同一時(shí)刻的電流（電壓）波形進(jìn)行比較，能推測(cè)出電壓電流波形相位角度。但是有時(shí)受保護(hù)裝置打印出來的輸電線路故障波形圖質(zhì)量及精確度影響，可能出現(xiàn)判斷不準(zhǔn)確的情況，特別是線路長(zhǎng)度較短時(shí)，因其電阻值與感抗值相差不到，所以最好多取幾個(gè)點(diǎn)來進(jìn)行判斷。

（二）三種典型的輸電線路故障類型識(shí)別

1.金屬性接地故障

金屬性接地故障時(shí)，由于短路電流經(jīng)過金屬流入大地，其電阻值相對(duì)感抗值依然很小，故障輸電線路阻抗成近純感抗性，此時(shí)電壓波形較電流波形超前90度左右。在某輸電線路C相故障波形圖中，電壓波形較電流波形超前90度左右，即阻抗角為90度，可以判斷故障為金屬性接地故障。

2.高阻接地故障

對(duì)于高阻接地故障，由于短路電流經(jīng)過大電阻流入大地，所以其電阻值占阻抗值比重較大。此時(shí)由于過渡高阻阻值大小的不同，電壓波形較電流波形超前范圍可能為20至60度左右。某輸電線路發(fā)生故障，在其A相故障波形圖中選取三處電流過零點(diǎn)，得到阻抗角為45度、35度、55度左右，可以判斷為高阻接地故障，運(yùn)檢人員進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是樹竹放電導(dǎo)致的高阻接地故障。

3.雷擊故障

輸電線路發(fā)生雷擊故障，是雷電直接擊中輸電線路的地線、桿塔或?qū)Ь€、絕緣子等后，造成絕緣子的間隙擊穿而出現(xiàn)閃絡(luò)故障。一般情況下故障輸電線路電阻值增加量處于金屬性接地故障和高阻接地故障之間，其電壓波形較電流波形超前范圍在60至80度左右，即阻抗角為60至80度左右。但由于雷擊電壓及雷擊位置的不一樣，可能使得雷擊波形與金屬性接地波形相似，進(jìn)而造成誤判。某輸電線路發(fā)生故障，在其A相故障圖中選取三處電流過零點(diǎn)，得到阻抗角為85度、75度、70度左右，判斷可能為雷擊導(dǎo)致的接地故障，經(jīng)輸電運(yùn)檢人員檢查，確定為雷擊接地故障。

此外，還可以通過線路保護(hù)裝置測(cè)距來輔助識(shí)別金屬性接地故障和高阻接地故障。線路保護(hù)裝置通常采用單端故障阻抗法測(cè)距，其原理類似于距離保護(hù)，是通過測(cè)量發(fā)生故障時(shí)保護(hù)裝置測(cè)量出的阻抗值并與單位長(zhǎng)度的輸電線路阻抗相比較得到故障點(diǎn)到裝置安裝處的距離。但是該方法受系統(tǒng)阻抗變化及故障點(diǎn)過渡阻抗影響較大，在金屬性接地故障時(shí)較為準(zhǔn)確，對(duì)于高阻接地故障，計(jì)算出的距離將有嚴(yán)重偏差。

四、結(jié)束語

總而言之，在輸電線路的運(yùn)行過程中故障是不可避免的，而且故障類型也比較多，例如雷擊故障、鳥害故障、人為故障等。因此，相關(guān)電力部門必須做好電路故障識(shí)別工作，為故障處理奠定較好的基礎(chǔ)，提升供電質(zhì)量。

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