高壓輸電線路故障定位技術對電網安全運行的影響

吳耀輝

摘要：我國電網發展結構復雜，國家電網公司規劃提出到2020年基本建成安全可靠，清潔環保的智能電網體系。智能電網發展規劃使電力系統邁入跨區域的大電網時代。我國電網著力解決能源供應問題，大力建設高壓骨干網絡，隨著特高壓工程建設，電網中安裝各種控制裝置，如高壓直流輸電裝置及清潔能源并網，使電網動態化，用戶對電網安全、經濟運行要求提高，受到自然條件的影響，電力系統發生故障，不能及時判斷處理會擴大故障，對國民經濟造成巨大損失。大范圍停電事故中主要原因是電網運行小故障未引起重視，所以只有加強電網運行監測，才能根據故障迅速采取措施恢復供電，保證電網安全運行?？焖贉蚀_定位故障發生位置對電力系統穩定運行具有重要意義。

關鍵詞：高壓輸電線路;故障定位技術;電網安全;影響

隨著電力系統的發展，特高壓輸電線路會越來越多，輸電線路特高壓分布式故障定位裝置的應用需求會越來越多。設計開發輸電線路特高壓分布式故障定位裝置，保證其裝置的可靠性對輸電線路的故障定位及預警有著重要的意義。

1輸電線路故障定位技術的作用

在電網維護當中輸電線路故障定位技術有著很重要的作用，其主要表現在3個方面：1）能夠節約時間。輸電線路故障定位技術的合理應用在一定意義上能夠使得運行維護人員能夠快速確定故障點，使維修人員減少巡線時間。2）降低經濟損失。在輸電線路當中如果產生故障，難免會帶來相應的經濟損失，故障定位技術的合理應用能夠讓運行維護人員在對故障點確定之后及時地排除和維修，降低經濟損失。3）能夠對線路薄弱點實施合理的分析。輸電線路有時會產生瞬時故障都是產生在線路的薄弱部位，而故障定位技術的應用使得運行維護人員能夠及時對薄弱部位進行分析，從而采用科學合理的措施實施保護，避免其產生永久故障，使得線路維護成本降低，將輸電線路的安全以及穩定性不斷提升。

2高壓輸電線路故障類型

電力行業是工業的基本動力，包括發電、輸變電等環節，電能生產與消費同時進行，需要統一調度分配，電力行業任意環節出現故障會導致供電中斷，造成巨大的經濟損失。我國電力行業迅猛發展，影響系統安全運行的因素逐步顯現，國內外發生大量高壓輸電線路故障誘發的系統瓦解事故，依據高壓輸電線故障發生的原因可分為永久性故障、隱性故障。永久性故障是多個導體對地基導體間的短路故障，外力對輸電線造成機械性損害。瞬時性故障是因雷電等過電壓引起閃絡，可能因鳥類造成導體對地，發生故障可進行重合閘。絕緣擊穿多因老化等原因造成線路絕緣性能下降，正常運行的電壓絕緣擊穿造成短路，故障切除后無明顯破壞跡象。隱性故障發展到瞬時閃絡不可預測，在正常電壓下不擊穿。依據故障形式可分為三相短路，兩相接地短路與斷相故障。單向接地孤航為電力系統出現次數最多的故障類型。

3高壓輸電線路故障定位方法

3.1單端行波定位

單端行波法只需利用線路一端的電量來確定故障點的位置。單端法通常需要捕捉故障電流中的前兩個行波頭。對于故障安裝裝置，故障行波中的第一行波頭必須是從故障點傳播到測量裝置一端的行波。當故障點距離故障定位裝置一端的總線較另一端的總線較遠時，故障行波中的第二行波頭是另一端總線的反射行波，但當故障點較近時，故障行波的第二行波頭由故障裝置安裝點與總線之間的反射。為了區分這兩種類型的行波頭，單端法通常需要在捕獲行波頭時識別行波極性。根據第二行波頭與初始波頭極性的關系，結合母線結構形式，確定第二行波頭是來自故障點還是反射到端母線，實現故障定位。

3.2雙端行波定位

雙端行波結合了線路兩端的故障特征，由故障點向線路兩端傳播的行波會在故障發生后產生，通過在線路兩端安裝行波檢測裝置，故障時安裝在線路兩端的測量裝置檢測到的行波初始波頭均是由故障點傳播過來的，僅需利用兩端初始行波的時間就能確定故障點位置。與單端行波法相比較而言，雙端行波法在捕獲行波波頭時刻上顯然更為準確可靠，這一方法不需要辨識行波的極性，不會存在波頭性質混合不清的情況，但是雙端法需要在線路兩端采樣時間嚴格同步的基礎上才能保持更高的測距精度，當故障采集裝置的采樣頻率設置為1MHz時，若雙端測量裝置的時間同步誤差為一個采樣時間周期，即1個微秒，此時將導致150m的測距誤差，可見，雙端法對線路兩端行波測距裝置同步時間的精度要求很高。與單端法相比較，雙端法的定位結果會受到雙端不同步的影響，但隨著GPS技術的進一步發展，雙端同步的精度也越來越高，并且同步的穩定性也越來越好，因此，就故障定位效果而言，雙端法要好于單端法，同時雙端法不需要檢測行波的極性，不會受到母線和出線結構和方式的影響，故障定位結果更為可靠。

3.3故障桿號區段按照設備特殊區域進行預測

每一行的地域差異，惡劣的天氣是一個時間線跳閘事故常常發生，所以每一條線都將受到不同程度的影響。如夏季雷雨天時大多數出現在電路故障，和塔是最易受雷擊的地方，要注意的檢查;如在風雨或無雨的天氣，你必須檢查周圍的樹木，建筑和特殊的塔，尤其是塔的失敗之前發生的;如果天氣在井發生了故障，將各付各道路交叉點和容易損壞的區域重點檢查;如果故障發生在霧，霧區探索塔。

4高壓輸電線路故障定位方法對比

根據工程實際應用，提出了輸電線路故障測距方法的經濟性和精度要求，并選擇了合適的故障測距方法。近年來，大批專家不斷研究，出現了大量故障測距儀，投入實際生產和應用，具有可行性高、操作方便等優點。雖然智能方法具有響應速度快、計算精度高的特點，但研究尚處于起步階段，相關理論研究尚處于發展階段，專家系統存在獲取知識的瓶頸問題，神經網絡的缺點是難以通過硬件實現其功能。

具體的定位方法可以通過電氣測量得到故障點的位置。分段定位法的定位精度受到信號的干擾。小電流接地故障檢測的推拿效果不理想，無法得到具體位置。饋線終端單元（FTU）只適用于配電自動化網絡，不能大面積使用。終端法貫穿于輸電線路故障測距方法的發展，并取得了豐富的實踐經驗。信號注入法利用有源輸入信號實現不受消弧線圈影響的定位。在實際應用中存在一些不足。信號強度受變壓器容量的限制，查找故障點的時間長，可能導致系統第二點接地自動跳閘。電力系統中負載種類繁多，使得干擾信號的測量接近注入信號。

阻抗法簡單易行，但不考慮過渡電阻、故障暫態諧波和線路參數的影響，需要考慮工頻基波、三相對稱性等條件。電路結構的不對稱性和故障點的過渡電阻對測量精度影響很大。不適用于同桿串聯補償電容雙回線路的故障定位。

結論

隨著社會發展，單一的故障定位算法將難以滿足快速、精準定位的要求，采取不同原理的定位方法進行綜合故障定位可能會更快速、更準確，故障定位研究之路將繼續。

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