220KV 電力線路故障測(cè)距研究

董慶偉

摘要：電力線路發(fā)生的故障已經(jīng)成為供電企業(yè)正常運(yùn)行，增加安全事故，阻礙電力事業(yè)發(fā)展的重要因素。如果電力線路故障點(diǎn)沒(méi)有及時(shí)的采取補(bǔ)救的方法，則會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)或者居民的正常用電。因此，為了能夠解決 220KV電力線路中存在的故障，則需要對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行檢修，并運(yùn)用各項(xiàng)提升線路安全運(yùn)行的策略，以解決電網(wǎng)實(shí)際中存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：220KV;電力線路;故障測(cè)距

一、研究背景

現(xiàn)階段，電力資源對(duì)于我國(guó)工業(yè)和日常的生產(chǎn)生活發(fā)揮著重要的意義。其直接與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步有著直接的關(guān)系。因此，保障電力線路的安全運(yùn)行，則需要電力人員做好檢測(cè)和維護(hù)工作，促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要從影響電力線路安全運(yùn)行和發(fā)生故障的原因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)，并針對(duì)存在的原因提出了具體的解決方法，從而為促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。而 220KV等級(jí)的線路在所有等級(jí)的輸電線路中具有重要地位，它遍布東西各地，穿過(guò)平原和高山，也經(jīng)過(guò)不同的氣候區(qū)，故障測(cè)距所要考慮的外部因素遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的多，所以 220kv故障測(cè)距是有效保證電力線路安全高效運(yùn)行的基石，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

二、故障測(cè)距基本要求

為了保證故障測(cè)距能夠在實(shí)際中做到高效低成本的運(yùn)行，對(duì)于故障測(cè)距有以下這些要求。

1.準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確性是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，通俗的講就是故障測(cè)距的精確度，目前對(duì)于大部分的精力都可以說(shuō)是在精確度上，由于設(shè)備之間會(huì)有一定的損耗，因此做不到昀理想的狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，誤差包括絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，比如在單端測(cè)距時(shí)的過(guò)度電阻和對(duì)端系統(tǒng)的阻抗或者線路運(yùn)行方式的不對(duì)稱都會(huì)使測(cè)距精度產(chǎn)生一定的影響，且這種影響是由于故障原理上所自帶影響;又比如在行波法中波形的變化，動(dòng)態(tài)非線性元件產(chǎn)生的延遲，近端的死區(qū)等等都會(huì)給測(cè)距帶來(lái)誤差，從而影響測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性。但產(chǎn)生的誤差只要在規(guī)定的范圍內(nèi)，且我們通過(guò)其他的方法進(jìn)行彌補(bǔ)，測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性還是能夠保證的。

2.可靠性

可靠性是故障測(cè)距的前提，故障測(cè)距設(shè)備算法等方面的可靠，具體有當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能夠迅速的發(fā)生相應(yīng)動(dòng)作，以昀短的時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)確的定位故障，并能做出正確的反應(yīng)，和在線路正常時(shí)不應(yīng)被其他因素干擾而誤認(rèn)為是線路故障從而動(dòng)作，列如鳥(niǎo)類的棲息，雷擊，線路表層腐蝕性的東西和絕緣閃絡(luò)等等原因。中國(guó)由于幅員遼闊地貌復(fù)雜天氣多變，所考慮的壞境因素應(yīng)更加全面，設(shè)備本身應(yīng)能在不同的地理壞境壞境以及不同的氣候下都能識(shí)別出故障的真?zhèn)?，避免出現(xiàn)誤動(dòng)而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

三、基于行波法的輸電線路故障測(cè)距

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，故障測(cè)距技術(shù)越來(lái)越成熟，不論是反應(yīng)速度，測(cè)量精度，以及對(duì)測(cè)量設(shè)備成本的控制，都能有一個(gè)很好的平衡。故障測(cè)距法有很多，目前比較主流的測(cè)距方法，不論在精度以及反應(yīng)速度都有一個(gè)很好的平衡。其中故障分析法是通過(guò)對(duì)線路電壓電流的測(cè)量，從某種意義上來(lái)說(shuō)，阻抗法可以歸類為故障分析法;再者從線路建模的角度分，可以分為集中參數(shù)法和分部參數(shù)法，兩者在精度上存在一定的差別，分部參數(shù)法因其考慮到了線路的分布電容，電抗的影響，所以其精確度比集中參數(shù)法要高很多，但并不因此集中參數(shù)法就沒(méi)有存在的意義，集中參數(shù)算法由于所考慮的參數(shù)少，計(jì)算的時(shí)間會(huì)大大的縮短，所以集中參數(shù)模型很適用于短距離輸電線路的建模，能夠在精度與速度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。

1.行波法（暫態(tài)測(cè)距法）

對(duì)行波法的研究開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)四十年代，早期由于對(duì)行波的特性認(rèn)識(shí)不夠全面，行波法并沒(méi)有在實(shí)際中大規(guī)模的應(yīng)用，后來(lái)隨著人們對(duì)于行波的規(guī)律有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為故障點(diǎn)的電壓電流將會(huì)有一個(gè)大幅度的變化，從而在周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)將會(huì)以波的形式向故障點(diǎn)的兩端傳播，然后通過(guò)故障錄波器對(duì)行波信號(hào)的提取，之后在應(yīng)用相應(yīng)的算法求解故障距離來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的精確定位。由于線路的折射和反射，所以任一一點(diǎn)的電壓電流都是疊加后的電壓電流，這可能對(duì)于行波測(cè)距中對(duì)信號(hào)的提取造成干擾。行波法根據(jù)行波信號(hào)可以分為兩種，一種就是在故障發(fā)生時(shí)，向輸電線路發(fā)送信號(hào)源來(lái)進(jìn)行測(cè)距，即 C類;另一種就是應(yīng)用故障發(fā)生時(shí)電力線路電流或電壓行波進(jìn)行測(cè)距，使用單端法時(shí)只要對(duì)單端的電氣量進(jìn)行測(cè)量就可以實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，即為 A類，雙端法利用行波傳播到雙邊的行波測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，即為 B類，這個(gè)時(shí)候需要考慮到同步問(wèn)題，在故障測(cè)距的設(shè)備中需要額外借助于全球定位系統(tǒng)。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和錄波技術(shù)的完善以及算法的改變，行波法的研究越來(lái)越成熟。行波法目前主要有 ABC三類。

A類的原理是在線路一端接受來(lái)至故障點(diǎn)的入射行波進(jìn)行計(jì)時(shí)，然后在接受反射波形再進(jìn)行計(jì)時(shí)，通過(guò)兩者的時(shí)間差列寫(xiě)二元一次方程從而實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。A類是一種單端測(cè)距，可以測(cè)量瞬時(shí)故障，也可以測(cè)量永久故障，此方法原理上比較簡(jiǎn)單易行，A類測(cè)距原理早期并不完善，那個(gè)時(shí)期對(duì)于故障行波的認(rèn)識(shí)以及故障行波在輸電線上的傳輸特能都沒(méi)能有一個(gè)完全的認(rèn)識(shí)，所以并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際性的應(yīng)用，后來(lái)隨著人們對(duì)行波的波形特性進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和對(duì)波形提取的技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，A類測(cè)距具有實(shí)際廣泛應(yīng)用的可能。

B類的原理是通過(guò)提取兩側(cè)的行波信號(hào)，然后獲取第一行波信號(hào)分別到達(dá)兩端的時(shí)間，利用他們的時(shí)間差，在通過(guò)公式 x=[（t1—t2）v+L]/2 進(jìn)行故障測(cè)距。B類測(cè)距是一種雙端測(cè)距，也能夠同時(shí)測(cè)量瞬時(shí)故障和永久故障，帶來(lái)的好處是不會(huì)受到發(fā)射波和故障發(fā)生點(diǎn)透射波的干擾，故障錄波器錄入的波形簡(jiǎn)單單一，不會(huì)夾雜著其他的波形，但需要增加波形傳播時(shí)通信通道的建設(shè)，以及波形到達(dá)兩端所應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)的計(jì)時(shí)，對(duì)于設(shè)備的采購(gòu)成本和后期的維護(hù)都會(huì)相應(yīng)增加。

C類則是在一端通過(guò)脈沖發(fā)射器發(fā)射直流脈沖或高頻脈沖，通過(guò)測(cè)量脈沖信號(hào)往返于故障發(fā)生點(diǎn)的時(shí)間差值來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，這種方法的原理和 A類比較相似，都是寫(xiě)時(shí)間與速度的方程式，但由于是單端測(cè)距，波形反射時(shí)容易受到折射波或其他波形的混合干擾，而且波形發(fā)生器特別是高頻脈沖波形發(fā)生器比叫昂貴，會(huì)增加成本，也只能測(cè)量永久故障。

雙端測(cè)距原理簡(jiǎn)單，沒(méi)有行波的折射和反射，波形相對(duì)單一，可靠性更高，計(jì)算起來(lái)也比單端法容易，能滿足一般對(duì)于電力輸電線路故障測(cè)距對(duì)于精確度的要求，誤差一般不超過(guò) 500米;但依賴于第三方設(shè)備 GPS的實(shí)時(shí)通信，且數(shù)據(jù)也不可能做到真正意義上的同步，這就造成使用的局限性。在測(cè)距中，雙端法在接受到波形是通過(guò)分析可以很快得出故障點(diǎn)的位置，但當(dāng)全球定位系統(tǒng)的信號(hào)被屏蔽或者不正常工作時(shí)，此時(shí)的測(cè)距結(jié)果是非常不準(zhǔn)確的;單端法則有更高的準(zhǔn)確率。不管是單端還是雙端測(cè)距，都有很大的實(shí)際操作價(jià)值，單端測(cè)距是比較成熟的方法，但其算法現(xiàn)在還處于不成熟的階段很難在短時(shí)間內(nèi)給出故障位置，雙端測(cè)距的算法則比單端法要簡(jiǎn)單，充分結(jié)合了新的科學(xué)技術(shù)。

經(jīng)過(guò)多年的摸索，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)測(cè)量端接受到的暫態(tài)波形進(jìn)行系統(tǒng)分析可以提高單端法的測(cè)量精確度，在實(shí)際操作中，可以用雙端測(cè)距為主要輔之以單端測(cè)距的組合方案，能夠得到比較滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]劉京舜.淺析電力線路故障排除相關(guān)措施.電力系統(tǒng)及自動(dòng)化， 2016-12.

[2]朱世鵬. 淺析電力線路故障原因與檢修.建筑技術(shù)科學(xué)，2019-11.

[3]安葉段佳琪安曉明.淺論配網(wǎng)線路故障排除及相關(guān)措施.醫(yī)藥衛(wèi)生， 2018-05.

[4]張建利.淺析電力線路高效運(yùn)行的措施.電力系統(tǒng)及自動(dòng)化， 2017-12.