非接觸式故障診斷系統在220 kV霍七二線故障上的應用

聶鵬高，孫政樑，焦政國，馬立博，黃子恩

（國網北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺100073）

1 220kV霍七二線線路故障

1.1 220 kV霍七二線線路故障概述

2021年1月7 日6:58，220 kV霍七二線線路跳閘，經核實該故障位于七家莊終端站內，為霍七二線A相電纜終端故障，故障導致霍七二線B相終端、A相避雷器瓷裙損傷；霍七一線A相終端、A相避雷器瓷裙損傷。故障現場情況如圖1所示。故障當日夜間最低氣溫為-21℃。

圖1 霍七二線A相電纜終端絕緣子凝固

220 kV霍七二線架空段線路全長5.8 km，起于220 kV霍南變電站，終于七家莊電纜終端，資產屬國網北京檢修公司，物理桿塔18基。

1.2 220 kV霍七二線線路故障分析

通過對電纜終端進行解體試驗以及仿真分析，得知：

電纜主絕緣發生徑向擊穿，故障點對應應力錐上端部位置；

絕緣油凝固后，應力錐與絕緣油界面間隙場強集中，形成向金屬錐托放電的擊穿通道；

是日夜間溫度最低為-21℃，廠家選用硅油型號不適用于低溫環境為本次硅油凝固原因。

綜上所述，本次故障原因為絕緣油凝固后，應力錐上端部位置電場畸變，同時應力錐外表面絕緣電阻急劇降低，與金屬錐托之間形成放電通路，最終導致故障發生。

2 故障判定及區間定位

2020年11月29 日，在霍七二線#1、#18桿塔安裝了輸電線路非接觸式故障診斷終端，安裝示意圖如圖2所示。

圖2 霍七二線安裝非接觸式故障診斷終端示意圖

2.1 故障判定及故障原因分析

輸電線路監測終端于2021年1月7日6:58:26，在霍七一二線上監測到工頻分閘電流波形，波形中故障電流增大約2個周期后歸零，符合線路發生故障時工頻電流特征，因此系統判斷霍七一二線于2021年1月7日6:58:26，發生跳閘故障。

根據系統記錄的電流波形，故障時刻電流行波波尾持續時間大于20 μs，符合非雷擊特征。因此，此次霍七二線故障性質確定為非雷擊故障。

2.2 故障區間定位

通過分析1#、18#桿塔安裝的故障診斷裝置收到的行波時間，可判斷霍七二線故障發生的故障區間，從而定位故障的具體位置。

圖4 18#桿塔故障診斷裝置高頻電流波形圖

如圖3～圖5所示，故障跳閘時刻故障點電流行波從故障點傳至#1桿塔故障診斷裝置的時間為6:58:26.020327，行波從故障點傳至#18桿塔故障診斷裝置的時間為6:58:26.020292，兩者時間差為35 μs。霍七二線#1桿塔與#18桿塔的距離為5.8 km，由此，可計算得出故障點距離#2桿塔5570 m，約等于#16桿塔到#1桿塔的距離，因此，此次霍七二線故障點為于霍七二線#16桿塔附近，如圖6所示。

圖3 1#桿塔故障診斷裝置高頻電流波形圖

圖5 故障診斷裝置高頻電流波形圖

圖6 故障點判斷示意圖

3 診斷系統誤差分析

由故障巡視結果可知，霍七二線跳閘故障的實際故障點位于七家莊電纜終端，霍七二線18#桿塔處，非接觸式故障診斷系統判斷的故障點為霍七二線16#桿塔處。診斷系統與實際存在誤差，定位誤差為2基桿塔，誤差距離為155 m。

3.1 故障區間判斷錯誤原因

傳統的接觸式故障定位裝置通過工頻短路電流判斷故障區間，當兩監測終端監測到的故障電流極性相反時，判定故障位于區間內，反之位于區間外。非接觸式故障監測裝置監測的故障電流為安裝點三相電流產生磁場的疊加，波形特征與裝置離導線距離、導線排列方式以及裝置相對三相導線之間的空間位置有關，測量到的霍七二線故障工頻波形如圖7所示。

圖7 霍七二線#1、#18故障裝置工頻電流對比

由于故障工頻未呈現出標準的極性相同特征，而是存在明顯的相移，為謹慎起見，未采用工頻電流判斷故障區間的方法，而僅采納行波定位的結果判斷故障點。

3.2 故障點定位誤差原因

故障點判斷時，選擇的波頭如圖8紅線所示，計算結果判定故障點位于#16桿塔附近。

圖8 故障點判斷行波波頭選取

實際波頭標注應如圖9所示，此時，計算故障點時，故障點位于霍七二線#18桿塔附近。當采用行波定位的方法判斷故障點位置時，產生了2基桿塔偏差，分析誤差的原因在于行波的波頭選取存在了偏差。由于波形主波存在一定的分叉和毛刺，在波頭識別和選取時有一定的誤差，因此在故障點計算時，產生了定位偏差。

圖9 故障點判斷行波波頭正確選取

綜上所述，非接觸式故障診斷系統在霍七二線故障點定位錯誤的原因如下：

非接觸式裝置監測的工頻電流波形（實際為三相合成磁場）與導線排列、裝置與三相導線之間的相對位置有關，因此，工頻電流極性與故障區間的特征關系不如接觸式監測裝置明顯，本次故障中未采用區間定位，僅采用了行波定位；

由于本次霍七二線故障點位于架空、電纜混架處，行波波頭存在一定的分叉和毛刺，波頭的標記存在一定的誤差，造成故障點定位產生了兩基塔距離的偏差。

4 結論與展望

近年來，隨著行波故障測距理論的不斷完善與更新，基于該原理的架空輸電線路故障檢測裝置種類越來越多，按照安裝位置可分為接觸式和非接觸式。架空輸電線路故障點定位具有一定的綜合性，采用故障行波的方法可有效提高故障判定的準備性，同時可明確故障類型，具有實用性和準確性。對架空輸電線路故障判定及故障定位具有一定的指導意義。但同時由于該故障診斷系統具有一定的局限性，還存在故障定位精確度不足的問題，仍須要巡視人員現場判定故障點，并進行故障點確定，系統具有很大的改進空間。

隨著經濟發展，北京地區的電網結構將不斷完善，縮短故障停電時間變得尤為重要。該非接觸式故障檢測裝置，區別于接觸式故障檢測裝置，不能簡單憑兩故障工頻波形極性相同或相反與否判定故障區間，在后續故障區間判斷時，可通過判斷首波極性相同或相反來判定故障區間。

后續，可利用輸電線路故障數據庫，校驗歷次非接觸故障檢測裝置首波極性與故障區間的相關性，從而準確地判定故障區間，進一步提高該系統對輸電線路故障定位的準確性。