分析高壓輸電線路故障定位技術(shù)對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響

龐凱 楊森裕

摘 要：隨著智能電網(wǎng)體系的規(guī)劃與構(gòu)建，我國電網(wǎng)整體上已呈現(xiàn)動態(tài)化。在此背景下，對既有的故障定位技術(shù)有很大的影響。因此，本文主要對高壓輸電線路故障存在的各種類型以及定位的各種方法進(jìn)行分析與研究，盡可能地保障新時代電網(wǎng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為關(guān)注這一話題的人提供參考。

關(guān)鍵詞：高壓輸電項(xiàng)目;故障定位技術(shù);電網(wǎng)運(yùn)行

引言：

當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，用戶對電網(wǎng)安全、高效運(yùn)行的需求與日俱增，在此基礎(chǔ)上，電網(wǎng)發(fā)生故障會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。加強(qiáng)對高壓輸電線路故障定位方法的分析與研究，有助于迅速定位故障，采取相關(guān)措施恢復(fù)供電，保證電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行。

1高壓輸電故障定位技術(shù)的概述與作用

一般在輸電線路發(fā)生故障后，故障點(diǎn)會產(chǎn)生暫態(tài)行波信號，向兩側(cè)分散傳遞豐富的故障信息。關(guān)于高壓輸電線路的故障定位技術(shù)，通常是針對暫態(tài)行波的特點(diǎn)，對初始行波的波頭進(jìn)行定位。高壓輸電線路故障定位的方法具體經(jīng)過了四個階段的發(fā)展，首先是用膠片作為故障錄波器的記錄載體，通過靜態(tài)電子進(jìn)行模擬分析，其次是行波法的應(yīng)用，然后是微機(jī)型保護(hù)裝置的投用以及GPS的對民開放，為單端和雙端故障方法提供了技術(shù)支持，最后就是近年來智能算法理論的引入，使得輸電線路定位技術(shù)趨于智能化。

在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，高壓輸電定位技術(shù)的作用主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，有助于減少經(jīng)濟(jì)損失。電力行業(yè)是基礎(chǔ)保障行業(yè)，其特點(diǎn)是生產(chǎn)與消費(fèi)同時進(jìn)行，一旦發(fā)生故障，極易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而通過高壓輸電故障定位技術(shù)的應(yīng)用，可以幫助電網(wǎng)維修相關(guān)人員迅速定位與維修故障點(diǎn)。第二，能夠節(jié)約時間。電網(wǎng)是一個龐大而復(fù)雜的線路集合，合理地應(yīng)用高壓輸電定位技術(shù)，能夠幫助維護(hù)人員盡快地確定故障點(diǎn)，減少巡線時間。第三，可以對線路薄弱點(diǎn)進(jìn)行分析。在電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，很多瞬發(fā)故障都是產(chǎn)生于線路薄弱點(diǎn)，提前應(yīng)用高壓輸電故障定位技術(shù)對相關(guān)薄弱點(diǎn)進(jìn)行確定與維護(hù)，有助于避免線路發(fā)生永久性故障風(fēng)險，提高線路的穩(wěn)定性與安全性。

2為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行所運(yùn)用的不同高壓輸電線路故障定位方法

2.1故障類型

根據(jù)高壓輸電線路發(fā)生故障的原因可以分為永久性故障與隱性故障。永久性故障根據(jù)故障的形式又分為短路故障與斷路故障，短路故障產(chǎn)生是多個導(dǎo)體對電基導(dǎo)體間的故障，斷路故障則是線路的導(dǎo)線斷裂導(dǎo)致的配電回路故障，永久性故障容易造成對輸電線路的整體機(jī)械性損害。隱性故障發(fā)展則具有不可預(yù)測的特點(diǎn)在正常電壓下不會被擊穿。

2.2定位方法

隨著無功補(bǔ)償裝置、柔性交流輸電裝置以及相關(guān)清潔能源并網(wǎng)的應(yīng)用，我國電網(wǎng)更趨于動態(tài)化，既有的高壓輸電線路故障定位方法的精度受到了很大的影響。對當(dāng)前存在的定位方法進(jìn)行歸納對比，有助于探索更優(yōu)的定位方法，實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的精準(zhǔn)測量。

2.2.1線路分析法

線路分析法又可以分為阻抗法、電壓法與解方程法三種。

阻抗法指的是利用相應(yīng)的測量裝置在高壓輸電線路發(fā)生問題時的電流值和電壓值進(jìn)行測量，計算出阻抗值，然后根據(jù)阻抗值與高壓輸電線路長度的正比關(guān)系，對故障點(diǎn)的所在位置進(jìn)行確認(rèn)。阻抗法分為兩種類型，一種是單端測距法，分為工頻分量法和微分工程法，一種是需要GPS定位保證高精度時鐘條件的雙端測距法。

電壓法指的是利用發(fā)生故障時，故障處電壓迅速下降的特點(diǎn)，對參照線路的不同故障相電壓沿線路分布情況計算，找出故障相電壓的最低點(diǎn)位置，對應(yīng)完成故障測距的目的。

解方程法根據(jù)相應(yīng)的線路參數(shù)和系統(tǒng)模型等，帶入測距點(diǎn)的電壓和電流等，通過解方程的方式進(jìn)行故障點(diǎn)確認(rèn)[1]。

2.2.2智能法

智能法是應(yīng)用智能理論算法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)，將智能技術(shù)進(jìn)行交叉結(jié)合，從而對高壓輸電線路故障點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)的方法。專家系統(tǒng)是一種以專家經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，針對不同故障進(jìn)行知識處理與快速定位的系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的原理則是通過樣本學(xué)習(xí)截取相關(guān)知識實(shí)現(xiàn)故障定位。

2.2.3行波分析法

所謂行波分析法是指對高壓輸電線路故障產(chǎn)生時的暫態(tài)行波信號進(jìn)行采集，利用相應(yīng)的分布參數(shù)模型進(jìn)行分析與計算，從而獲取故障距離的一種方法。具體原理是將故障產(chǎn)生時的暫態(tài)行波視為一個與故障大小相等、前方向相反的壓力源作用下發(fā)出的行波，該行波會向沿線路兩端進(jìn)行傳播往返，最后趨于穩(wěn)定。行波測距方法大致分為A、B、C、D、E、F六種，A型定位根據(jù)行波波頭到測量點(diǎn)往返的時間確定距離，B型根據(jù)故障點(diǎn)行波到母線的時間確定故障點(diǎn)位置，C型是利用相關(guān)測距裝置發(fā)射的直流脈沖的往返時間確定故障點(diǎn)位置，D型利用不同暫態(tài)行波到達(dá)母線的時間差計算故障點(diǎn)距離，E、F型則利用故障發(fā)生進(jìn)行重合閘時的暫態(tài)行進(jìn)行相關(guān)的故障定位工作，其中ABCD于傳統(tǒng)范圍內(nèi)的行波測距方法。

2.2.4區(qū)段定位法

區(qū)段定位法指的是通過在高壓線路的節(jié)點(diǎn)處安裝相應(yīng)的故障檢測器，在故障發(fā)生時便于及時分析故障信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)段定位，進(jìn)而迅速確定故障點(diǎn)的一種方法。探測器一般有故障指示器和線路FTU兩種。

3不同方法對比分析

在高壓輸電線路的實(shí)際應(yīng)用過程中，對高壓線路故障定位方法有著關(guān)于經(jīng)濟(jì)性、精準(zhǔn)性等方面的要求，在此基礎(chǔ)上，對當(dāng)前存在的各種定位方法進(jìn)行對比分析，有助于維護(hù)人員選擇最為合理的故障測距方法。

與其他高壓輸電線路故障定位方法相比，故障分析法簡單且便于實(shí)行，但極容易受到多種因素的影響，嚴(yán)重影響了高壓輸電線路故障定位的精準(zhǔn)度。導(dǎo)致定位不精準(zhǔn)的原因具體分為以下三種：第一，線路參數(shù)問題。在運(yùn)用故障分析法中的解方程法時，常常需要應(yīng)用到設(shè)置好的線路參數(shù)和系統(tǒng)模型，而實(shí)際情況中，高壓線的參數(shù)會受到諸如氣候天理、地理位置、電阻分布、地質(zhì)情況等多種因素影響，增大誤差率。第二，數(shù)據(jù)采樣時的同步性問題。在進(jìn)行雙端測距的時候，常常需要對兩端信息進(jìn)行同時采集，GDP技術(shù)的民用為這個技術(shù)提供了應(yīng)用的可能性，但是由于相關(guān)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的滯后性，還是影響到了高壓輸電線路定位的準(zhǔn)確性。除此之外，故障分析法不適用于同桿雙回線路以及帶串補(bǔ)電容線路的故障精準(zhǔn)定位。

區(qū)段定位法在實(shí)際應(yīng)用過程中，定位精度容易受到信號干擾，同時在小電流接地故障的檢測中應(yīng)用效果并不理想，使用場景多有限制。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的智能法與傳統(tǒng)故障定位技術(shù)相比，具有響應(yīng)、處理速度快，計算準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，但智能法由于相關(guān)研究剛剛起步，理論上面臨著專家系統(tǒng)知識瓶頸，技術(shù)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件難以對理論進(jìn)行適配的問題。

與傳統(tǒng)的故障定位技術(shù)相比，行波法更具精準(zhǔn)性，但在實(shí)際應(yīng)用過程中存在著諸多限制，首先在行波獲取過程中，為了避免電容式電壓互感器對行波傳變造成影響，就需要串聯(lián)電感線圈與電容式電壓互感器的接地，從而獲得暫態(tài)行波，或者應(yīng)用相應(yīng)的行波傳感器對CTV接電線的電流進(jìn)行耦合，也可以達(dá)到相應(yīng)目的。其次在識別波頭時，傳統(tǒng)的小波變換法容易受到外界因素的干擾，而HHT法則能夠?qū)π盘柋旧磉M(jìn)行分解，但信號本身容易被噪音干擾，從而影響故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。最后，由于行波在實(shí)際傳播過程中會受到多種因素的干擾，比如過渡電阻、大地電阻等，為了盡可能地減少誤差，應(yīng)該運(yùn)用比地膜更加穩(wěn)定的線模[2]。

結(jié)論：為了保證電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行，必須做好高壓輸電線路故障定位工作，本文主要對當(dāng)前存在的各種故障定位方法進(jìn)行分析、對比，針對性地指出各方法的優(yōu)劣處，以期對相關(guān)高壓線路維護(hù)人員的工作起到一定的借鑒作用，對相關(guān)研究人員在故障定位方法的優(yōu)化上起到一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王素云.淺談高壓輸電線路接地故障的定位技術(shù)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（07）：141-142.

[2]葉海宏.高壓輸電線路故障定位技術(shù)及應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（23）：71-72.