研究高壓電力電纜配電線路故障在線檢測方法

溫自杭

摘 要：高壓電力電纜配電線路在供電期間，極易出現(xiàn)接地故障問題，從而影響線路供電穩(wěn)定性。鑒于此，提出行波故障測距故障在線檢測方法，對線路故障發(fā)生位置、未知與已知故障行波速度進行檢測，將電容器安裝在故障位置，向故障回路放電，通過回路特征頻率、衰減系數(shù)故障位置的電阻，能夠獲得線路故障信息。通過仿真試驗結(jié)果能夠看出，此種故障在線檢測方法的精度比較高。

關(guān)鍵詞：高壓電力電纜;配電線路;故障在線檢測

對于高壓帶電線路來說，其主要職責在于傳輸電力，屬于供電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。此研究主要是對高壓配電線路故障在線檢測方法進行分析，不僅能夠明確故障的具體位置，還能夠獲取故障線路兩端電容值，明顯提升故障檢測準確度和精確度，降低故障檢測無操作行為。

1、配電線路故障在線檢測方法

1.1行波故障位置檢測

第一，已知行波速度的檢測：在知曉高壓配電線路故障位置的行波速度時，通過故障初始行波至配電線路端點時間，對故障發(fā)生位置進行運算。所應(yīng)用的原理如下：將高壓配電線路長度設(shè)置為L，故障位置與配電線路兩端的距離設(shè)置為P、Q，初始故障行波至配電線路兩端點時間為s、s，則有：

……（1）

將上式進行轉(zhuǎn)換，可得到（2）式：

……（2）

此種在線檢測方法可以應(yīng)用到線路非接地故障和接地故障檢測中，在應(yīng)用時必須已知行波速度。高壓配電線路運行期間極易受到土地電阻率、分布電容以及分布電感等多種因素干擾。所以對于不同高壓配電線路故障來說，行波速度也不相同。將光速作為行波速度時，將會加大故障在線檢測的誤差。

第二，未知行波速度的檢測：如果未知高壓配電線路故障位置的行波速度，則可以采用檢測模線、零模分量至線路兩端的距離，開展高壓配電線路故障在線檢測。應(yīng)用此種方式能夠降低行波故障檢測的誤差。通過下圖能夠看出，零模行波速度采用r0表示，線模行波速度采用r1表示，使用S0、S0表示故障行波的線模分量到高壓配電線路兩端的距離，使用S1、S2表示零模分量到高壓配電線路兩端的距離，則其關(guān)系式如下：

……（3）

……（4）

……（5）

在將（3）（4）（5）式進行聯(lián)立，則可以得到以下公式：

……（6）

如果高壓配電線路出現(xiàn)非接地故障問題，此時就不存在零模分量，也就不會存在其到高壓配電線路兩端的距離問題，通過（6）公式就只能對接地故障進行測量。然而高壓配電線路的間隔比較大，因此線路故障多為單相接地故障。所以此種方法也可以測量故障的距離問題。

1.2檢測故障位置的電阻值

使用P和Q分別表示故障位置與配電線路兩端的距離，將電容投放在P端之后，放電回路如圖1所示。在圖中，Z1表示線路等效電阻，G1表示分布電感;G0表示故障定位的分布電感，R0表示故障定位的電容;Zf表示故障點的過渡電阻。

為了保障電容放電電流呈現(xiàn)出衰減震蕩的形式，對故障定位的分布電感和電容進行改變，這樣能夠確保圖1滿足相關(guān)要求。通過二階電路的微求解，可以獲得高壓配電線路故障位置的放電電流I1。假設(shè)振蕩頻率為λ1 ，衰減系數(shù)為β1 ，高壓配電線路兩端電壓為U0 。則有：

……（7）

……（8）

……（9）

在（7）公式中，放電電流是Prony級數(shù)的子項目，所以為了獲得放電電流的振蕩頻率以及衰減系數(shù)，則可以應(yīng)用一階Prony分解法進行計算。通過對（8）式和（9）式進行聯(lián)立，則存在：

……（10）

2、試驗驗證

此次所展開的試驗主要是對本文所提出的方法進行驗證，確保其能夠有效應(yīng)用到高壓配電線路故障在線檢測中，將長度為280km的高壓配電線路作為案例，實行故障在線檢測分析，并且對本文高壓配電線路故障在線檢測結(jié)果進行仿真分析，比較分析此次研究的方法結(jié)果，與VMD和TEO的故障在線檢測結(jié)果進行比較，結(jié)果如下表所示。

通過分析表中的數(shù)據(jù)能夠看出，此次研究所提出的方法，配電線路故障發(fā)生點與端點P的距離、故障實際與端點P的距離之間無明顯差異，故障檢測距離的絕對誤差最大值為3.77km，誤差最小值為0.13km，平均值為1.95km。故障檢測距離的變化區(qū)間為0.5%至1.5%，平均誤差率為0.84%。通過檢驗結(jié)果可以看出，此次研究所提出的方法，可以準確檢測出配電線路的故障位置，在線檢測的準確度和精確度比較高。

表2是VMD、TEO的故障在線檢測結(jié)果，通過分析表中數(shù)據(jù)能夠看出，此種方法所檢測的故障精確度比較低。故障檢測距離絕對誤差為21.67km，絕對誤差率為17.63%，明顯高于此次研究所提出的方法。通過比較分析能夠看出，此次研究所提出的檢測方法，值得推廣應(yīng)用到高壓配電線路故障在線檢測中。

對高壓配電線路故障進行在線檢測時，極易出現(xiàn)遺漏故障檢測和錯誤故障檢測問題。通過多次試驗，從錯誤故障檢測率圖能夠看出，此次所提出的檢測方法錯誤故障檢測率比較低，VMD、TEO故障檢測方法的錯誤故障檢測率比較高。通過比較結(jié)果能夠看出，此次研究所提出的檢測方法，在錯誤故障檢測率方面具有優(yōu)勢，能夠?qū)Ψ蔷€路故障和線路故障問題進行準確辨別。從遺漏故障檢測率圖能夠看出，此次所提出的檢測方法遺漏故障檢測率比較低，VMD、TEO故障檢測方法的遺漏故障檢測率比較高。通過比較結(jié)果能夠看出，此次研究所提出的檢測方法，在遺漏故障檢測率方面具有優(yōu)勢，能夠明顯提升高壓配電線路的供電效果。

3、結(jié)束語

綜上所述，在經(jīng)濟發(fā)展背景下，我國對于節(jié)能環(huán)保理念的踐行力不斷提升，因此高壓電力電纜在未來發(fā)展中必須實現(xiàn)低能耗以及長距離傳輸。由于高壓配電線路運行于惡劣環(huán)境中，極易出現(xiàn)故障問題，嚴重影響人們的日常生活和社會生產(chǎn)。所以必須注重高壓配電線路的在線檢測，以此縮短停電事件，提升供電安全性和穩(wěn)定性。

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