長距離輸配電線路故障區(qū)間定位方法研究

鄧紹敏

摘要：為實現(xiàn)長距離輸配電線路故障區(qū)間的準確定位，及時解決長距離輸配電線路的故障，本文對其定位方法進行研究。希望通過本次的研究，可以為長距離輸配電線路故障的定位和解決提供相應參考。

關(guān)鍵詞：輸配電線路;長距離輸電;線路故障;故障區(qū)間;定位方法

引言：在長距離輸配電線路的運行過程中，故障區(qū)間的科學定位是保障檢修效率和檢修質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。因此在具體的線路檢修過程中，一定要注重區(qū)間定位方法的研究和應用，以此來做到故障的準確定位和及時有效維修。

一、通過電流相角差值來定位故障區(qū)間

（一）區(qū)間電流相角差值定義

把一個長距離輸配電線路按照很多雙端、沒有分支的區(qū)間段進行劃分，然后將每一個區(qū)間段兩端節(jié)點進行編號，假設(shè)某區(qū)間段兩端節(jié)點分別是P和Q，且P和系統(tǒng)電源距離更近，所以P相當于Q的上游節(jié)點，在該線路中，將上游指向下游的方向定義為正方向，也就是P指向Q的方向是正方向。P節(jié)點位置的電流是IP，Q節(jié)點位置的電流是IQ，IP的相位角是θP，IQ的相位角是θQ。由此可以對這一區(qū)間段之內(nèi)的電流相角差值進行定義，即：

（二）區(qū)間故障之前和故障之后電流相角差值特征分析

在故障區(qū)間兩端的節(jié)點位置，可能同時存在接入電源現(xiàn)象，也可能是一端和電源連接，一端和負載連接，這就需要對線路中某一區(qū)間故障發(fā)生之前和發(fā)生之后各個相的電流相角差值變化來進行特征分析。具體分析中，假設(shè)一個區(qū)間段兩端節(jié)點分別是P和Q，其故障發(fā)生之前的分析模型如下圖所示：

在上圖中，P節(jié)點電壓是UP，Q節(jié)點電壓是UQ;P節(jié)點電流是IP，Q節(jié)點電流是IQ，該區(qū)間內(nèi)串聯(lián)電阻的阻抗是Z，并聯(lián)導納是Y。通過分析發(fā)現(xiàn)，因為線路中有對地電容存在，所以并聯(lián)導納受到了相應影響，導致該區(qū)間線路和大地之間有電容電流存在，IP和IQ幅值和相位也都存在不同，具體情況如下圖所示：

在上圖中，IPF是故障發(fā)生之后的P節(jié)點電流，IQF是故障發(fā)生之后的Q節(jié)點電流，從圖中可以看出，在區(qū)間故障發(fā)生之后，IP和IQ之間出現(xiàn)了一個夾角θ，θ的角度值也就是這一線路區(qū)間發(fā)生故障之前電力相角差值的絕對值。通常情況下，在線路區(qū)間發(fā)生故障時，如果兩端都接入了電源，IPF和IQF會趨近于反向，IPF和IQF之間的夾角θF會是一個鈍角，而這個鈍角就是故障發(fā)生之后這一區(qū)間電流相角差的絕對值。通過研究發(fā)現(xiàn)，如果這個區(qū)間僅僅有一端和電源連接，也會出現(xiàn)這樣的情況。

（三）通過電流相角差值來定位故障區(qū)間的方法

在對某一區(qū)間進行故障判斷的過程中，如果該區(qū)間內(nèi)的電流相角差值絕對值I△θ在N個連續(xù)采樣點位置都出現(xiàn)I△θ>的情況（其中，N為大于1的正整數(shù)，為判定閾值），則表明這一區(qū)間內(nèi)發(fā)生了故障，如果不滿足這一條件，則表明這一區(qū)間內(nèi)沒有發(fā)生故障。

二、通過節(jié)點零序電流來定位故障區(qū)間

（一）節(jié)點零序電流定義

在長距離輸配電線路中，可以通過各個區(qū)間兩端節(jié)點位置的零序電流來進行區(qū)間故障識別和定位。假設(shè)節(jié)點位置的三相電流相量分別是IA、IB和IC，則該節(jié)點的零序電流的定義為：

（二）區(qū)間故障發(fā)生前后節(jié)點零序電流特征分析

在長距離輸配電線路中，可能存在并網(wǎng)運行，也可能存在孤島運行，且區(qū)間兩端節(jié)點都可以進行電源連接。在并網(wǎng)運行狀態(tài)下，可以將主變系統(tǒng)作為上游，所以區(qū)間之內(nèi)的上游就可以等效成一個電源，下游可能和很多個負載、DG連接，也可能僅僅和負載連接[2]。在這樣的情況下，可以將所有的DG都等效成一個電源，將所有的負載都等效成一個三相負載[3]。在孤島運行狀態(tài)下，因為DG通常為從主控制模式，所以可將主電源作為孤島上游，分別進行區(qū)間上下游的等效和簡化，這樣就可以獲得到這個區(qū)間兩端節(jié)點位置的零序電流分析模型圖：

應用以上的分析模型，可以對系統(tǒng)三相平衡和不平衡狀態(tài)下的線路區(qū)間故障發(fā)生之前和發(fā)生之后零序電流變化的特征進行分析。

（三）通過節(jié)點零序電流進行故障類型判斷的方法

1、三相平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位

在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，長距離輸配電線路各個區(qū)間兩端節(jié)點電流關(guān)系式為：

IA+IB+IC=0

在此情況下，每一個區(qū)間兩端節(jié)點位置零序電流的有效值都等于零。

如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相短路故障，則該區(qū)間兩端節(jié)點位置的電流都可以滿足以上的公式，因此在該故障區(qū)間兩端的節(jié)點位置，零序電流有效值也為0.

但是如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相接地短路故障，這個故障區(qū)間兩端節(jié)點位置的電流至少會有一個和以上的公式不相符，所以在這個故障區(qū)間內(nèi)，兩端節(jié)點位置的零序電壓也至少有一項超過0[4]。

2、三相不平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位

在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，通常會出現(xiàn)單相復雜和三相負載并存的情況，具體的負載容量以及用電時間的差異性將會導致系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡情況[5]。由于這種情況會對輸配電系統(tǒng)的運行質(zhì)量造成不利影響，所以再具體的運營維護中，應根據(jù)我國的相關(guān)規(guī)定來對各項參數(shù)進行控制。具體控制參數(shù)如下：

而在三相不平衡狀態(tài)下的故障區(qū)間定位過程中，主要可按照以下的方法來進行定位：

1）在三相不平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)正常運行過程中每一個區(qū)間節(jié)點位置的零序電流都會處在這個區(qū)間最大相電流有效值的5%以下。

2）如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相相同短路故障，在這個故障區(qū)間中，兩端節(jié)點位置的零序電流通常會在故障發(fā)生之前的1-2倍之間，但不會大于其2倍。

3）如果某一區(qū)間出現(xiàn)了兩相接地短路故障，在這個故障區(qū)間，兩個節(jié)點中至少會有一個節(jié)點出現(xiàn)零序電流顯著上升的情況，其零序電流會達到故障發(fā)生之前的3-5倍，甚至會超過故障發(fā)生之前的5倍。

結(jié)束語：

綜上所述，在長距離輸配電線路的運維過程中，只有對其故障區(qū)間做出準確定位，才可以讓故障得到及時有效的維修，進而有效保障電力系統(tǒng)的運行效果，滿足用戶的用電需求。所以在具體的運維過程中，運維人員應注重故障區(qū)間定位方法的合理應用，這樣才可以讓故障得到精準定位，避免由于定位精準度不足對線路檢修效率和質(zhì)量的不利影響。

參考文獻

[1]徐文佳， 項祖濤， 楊大業(yè). 基于電流互感器的長距離GIL短路故障在線定位方法研究[J]. 電測與儀表， 2018， 56（21）.

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[3]葉榮波， 徐濤. 配電網(wǎng)輸電線路故障定位的快速提取方法[J]. 計算技術(shù)與自動化， 2019.

[4]于龍， 張金， 沙思旭，等. 新型10kV配電線路綜合故障定位方法[J]. 電子測試， 2018， No.392（11）：98+100.

[5]叢志鵬， 牟欣瑋， 王邦惠，等. 10kV配電線路斷線故障檢測與定位技術(shù)研究[J]. 電力系統(tǒng)裝備， 2018.