高頻波形架空線路短路故障中特征量監測的故障診斷

文/劉憶魯 劉長銀 侯艷權 趙晨宇

1 輸電線路分布式故障診斷系統簡介

在本次研究中通過采用架空線路分布式故障診斷系統，能夠實現針對輸電線路的精準定位，更能夠有效實現對該故障原因的功能辨識。在這一系統架構主要組成包括了客戶端、監測裝置、中心站，針對監測點的布設通過按照間隔20km，分別保證監測點于A、B、C三相完成各自一臺監測裝置的安裝。對于采集的具體波形信號在監測裝置，經由GPRS無線網將有關信號傳輸至數據中心。之后數據中心經過對具體波形信號加以分析，完成故障診斷。客戶端則可以經由Internet實現對數據中心的實時訪問，突破時空局限對故障問題實時查詢，以查詢所得結果及時對故障巡線的故障處理工作落實安排。

2 短路故障特征量監測辨識原理

對于不同類別的故障原因分析其不同波形，可以發現：

（1）出現雷擊故障情況下，雷云在經由主放電通路注入至架空線路能量之后，在絕緣子組件傳輸介導下發生閃絡，出現了傳輸故障行波問題；

（2）并未出現雷擊故障情況下，通過將故障點等效視為注入反向于系統電壓的直流電壓源。針對如上出現的兩種短路故障情況，最終形成的故障特征行波均存在較大不同。

通過在本次研究中提出借助短路故障的特征量監測，對雷擊故障情況加以辨識，假若波尾的具體時間在40μs以內，那么便證明為雷擊故障，假若超出40μs，則表示并未雷擊故障情況。在運用這一方法中整體診斷思路極為清晰，且物理概念也較為明確，并未需要對其完成大量計算。通過借助全面細致化的仿真驗證計算，能夠有效得出運用于輸電線路的故障原因有效辨識。

3 定準故障定位原理

在本次研究中通過借助分布式故障波形診斷監測裝置，實現對架空線路的不同區間合理劃分，完成了不同區間內的行波具體定位，進而精準定位輸電線路的短路故障問題。在輸電線路出現跳閘故障情況下，所產生了兩大信號電流監測時，具體故障點的信號監測裝置，記錄的具體工頻故障電流信號等同方向，對于故障所在點的兩側工頻信號記錄方向是相反的。假若兩個故障監測點的區間長度高達L，那么在故障監測點的發生A點，所距離M點為L1，距離M+1該監測點的距離為L2。

針對產生的線路故障問題，計算故障點與監測點1、監測點2之間的距離，公式如下：

式中：由故障點至M之間的行波電流具體時間假定為t1、由故障點至M+1的行波電流具體時間假定為t2，線路中的行波速率假定為V。

在GPS下具體提供的精準相對時間t1，t2作為能夠定位所得的故障點至監測點之間產生的主要距離，因而所致達到定位目的。輸電線路的故障情況產生，在變電站及電流信號監測設備之間，因此記錄了等同裝置的共品電流信號方向，行波電流傳播情況。借助如下公式（3）能夠對故障點的所在位置準確計算。

式中：距離故障點的最近變電站行波傳播距離，監測點實現的最終故障所在點監測電傳行波，以及最近變電站的具體反射故障行波兩者之間差值假定為△t；介質中的故障行波具體傳播速率假定為V。

4 應用實例

于2016年8月25日，在某地一條220kV的輸電線路出現突發跳閘故障情況，輸電線路分布式故障定位，對該線路的終端及時動作展開監測，經監測發現出現故障問題時產生了高頻暫態電流波形，對于該故障情況的產生最終確定是雷擊故障情況。對于故障點的監測定位最終確定是50號桿塔。該條線路在25日當天所產生的突然跳閘故障情況時，具體的高頻暫態電流波形，發現波尾在10μs左右，（在低于40μs情況依照上文所述），輸電線路的分布式故障定位最終終端監測，判定該故障為雷擊故障。進一步對出現雷擊故障情況的精確時間確定為14:14:21319毫秒，經過對雷電定位的系統數據加以查詢，發現在這一階段的線路走廊出現過一次落雷情況，且雷電流的最終幅值相較耐雷水平明顯超出，也證實此次發生的故障問題確是雷擊故障。

在#85桿塔中的安裝終端監測設備，經運行監測發現最終所測故障問題電流行波波形。對于該波形情況的記錄，主要是對于行波故障電流，于變電站距離故障點的反折射所致，經過故障點發出行波電流之后，經由#85號桿塔終端監測裝置，之后在途徑故障點及變電站的多次反折后，再次經過#85號桿塔。而該桿塔的所在位置，處于變電站的出口第一基，處于T1及T2這兩個不同時段下，實現的波頭重新疊加。由上圖可以發現，行波電流由原本故障點距離#85號桿塔，實現的行波電流時間在112μs，而故障點距離#85號桿塔兩者之間約16.2km距離，經計算可以發現約等于#50號桿塔距離#85號桿塔。那么最終即判定了故障點的監測準確位置在#50號桿塔附近區域。

經雷電的定位系統結果，通過對雷電的落雷定位時間確定是2016年8月25日14:14:21319毫秒，相距最近距離為#48～49號桿塔，一致于本次系統的最終故障診斷結果，也進一步證實了基于短路故障特征量監測的故障高頻波形架空線路故障診斷結果精準性。通過依據排查現場的故障問題，能夠發現線路的#50號桿塔，在測絕緣子碗口出現跳線放電痕跡情況，進一步判定了本次引發突然跳閘故障為雷擊故障。

5 結語

在本次研究中通過提出了基于短路故障特征量監測的故障高頻波形架空線路故障診斷方案，經過本次研究結合案例，發現針對220kV架空線路，展開精準故障定位及原因辨識，在現場巡線之后發展結果準確度較高，對短路故障的特征量監測此方法論證可行，能夠對波形畸變及衰減故障問題有效克服，進而對故障高頻波形架空線路的診斷可靠性及準確性有效提升。