研究高壓電力電纜配電線路故障在線檢測(cè)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(cè)距故障在線檢測(cè)方法，對(duì)線路故障發(fā)生位置、未知與已知故障行波速度進(jìn)行檢測(cè)，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(yàn)結(jié)果能夠看出，此種故障在線檢測(cè)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(cè)

對(duì)于高壓帶電線路來說，其主要職責(zé)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(duì)高壓配電線路故障在線檢測(cè)方法進(jìn)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(cè)準(zhǔn)確度和精確度，降低故障檢測(cè)無操作行為。

1、配電線路故障在線檢測(cè)方法

1.1行波故障位置檢測(cè)

第一，已知行波速度的檢測(cè)：在知曉高壓配電線路故障位置的行波速度時(shí)，通過故障初始行波至配電線路端點(diǎn)時(shí)間，對(duì)故障發(fā)生位置進(jìn)行運(yùn)算。所應(yīng)用的原理如下：將高壓配電線路長(zhǎng)度設(shè)置為L(zhǎng)，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(diǎn)時(shí)間為s、s，則有：

……（1）

將上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可得到（2）式：

……（2）

此種在線檢測(cè)方法可以應(yīng)用到線路非接地故障和接地故障檢測(cè)中，在應(yīng)用時(shí)必須已知行波速度。高壓配電線路運(yùn)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(duì)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(shí)，將會(huì)加大故障在線檢測(cè)的誤差。

第二，未知行波速度的檢測(cè)：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(cè)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(cè)。應(yīng)用此種方式能夠降低行波故障檢測(cè)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(jìn)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(shí)就不存在零模分量，也就不會(huì)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(duì)接地故障進(jìn)行測(cè)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(cè)量故障的距離問題。

1.2檢測(cè)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(diǎn)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(duì)故障定位的分布電感和電容進(jìn)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(jí)數(shù)的子項(xiàng)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(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)（8）式和（9）式進(jìn)行聯(lián)立，則存在：

……（10）

2、試驗(yàn)驗(yàn)證

此次所展開的試驗(yàn)主要是對(duì)本文所提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證，確保其能夠有效應(yīng)用到高壓配電線路故障在線檢測(cè)中，將長(zhǎng)度為280km的高壓配電線路作為案例，實(shí)行故障在線檢測(cè)分析，并且對(duì)本文高壓配電線路故障在線檢測(cè)結(jié)果進(jìn)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(cè)結(jié)果進(jìn)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(diǎn)與端點(diǎn)P的距離、故障實(shí)際與端點(diǎn)P的距離之間無明顯差異，故障檢測(cè)距離的絕對(duì)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(cè)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(yàn)結(jié)果可以看出，此次研究所提出的方法，可以準(zhǔn)確檢測(cè)出配電線路的故障位置，在線檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精確度比較高。

表2是VMD、TEO的故障在線檢測(cè)結(jié)果，通過分析表中數(shù)據(jù)能夠看出，此種方法所檢測(cè)的故障精確度比較低。故障檢測(cè)距離絕對(duì)誤差為21.67km，絕對(duì)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(cè)方法，值得推廣應(yīng)用到高壓配電線路故障在線檢測(cè)中。

對(duì)高壓配電線路故障進(jìn)行在線檢測(cè)時(shí)，極易出現(xiàn)遺漏故障檢測(cè)和錯(cuò)誤故障檢測(cè)問題。通過多次試驗(yàn)，從錯(cuò)誤故障檢測(cè)率圖能夠看出，此次所提出的檢測(cè)方法錯(cuò)誤故障檢測(cè)率比較低，VMD、TEO故障檢測(cè)方法的錯(cuò)誤故障檢測(cè)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(cè)方法，在錯(cuò)誤故障檢測(cè)率方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)Ψ蔷€路故障和線路故障問題進(jìn)行準(zhǔn)確辨別。從遺漏故障檢測(cè)率圖能夠看出，此次所提出的檢測(cè)方法遺漏故障檢測(cè)率比較低，VMD、TEO故障檢測(cè)方法的遺漏故障檢測(cè)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(cè)方法，在遺漏故障檢測(cè)率方面具有優(yōu)勢(shì)，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(jì)發(fā)展背景下，我國(guó)對(duì)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(shí)現(xiàn)低能耗以及長(zhǎng)距離傳輸。由于高壓配電線路運(yùn)行于惡劣環(huán)境中，極易出現(xiàn)故障問題，嚴(yán)重影響人們的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)。所以必須注重高壓配電線路的在線檢測(cè)，以此縮短停電事件，提升供電安全性和穩(wěn)定性。

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