基于故障錄波數據的輸配電線路故障排除及維護

［關鍵詞］輸配電線路；運行維護；故障排除；故障錄波器

隨著社會進步和科技發展，人們對電力的依賴和需求日益增加。這種增長的電力需求直接推動了電網規模的持續擴大，以確保電力資源的穩定供應，進而有效促進社會生產力的提升。然而，在生產力效率不斷提高的同時，電網結構也日趨復雜[1]。且電網中眾多線路存在復雜的串并聯關系，一旦某一環節發生故障而未得到及時有效的排查和處理，將可能對其他線路的正常運行產生連鎖影響，最終可能導致對用戶供電的中斷[2]。在多端線路中，若能夠及時定位故障所在區段，并及時對該區段故障進行精確排查，維護電路故障，可為用戶帶來更加穩定的電網服務[3]。除及時進行故障排查外，日常的運行維護也十分重要。

1 基于故障錄波數據的輸配電線路故障排除技術

1.1 基于故障錄波數據的故障初步定位

為確保配輸電線路的穩定運行并預防潛在故障，需選用恰當的檢測手段對故障進行精確定位。通過及時隔離故障區域與正常線路，避免線路間相互干擾，保證輸電過程平穩運行。為確保設備運行的穩定與安全，相關工作人員在執行日常巡檢與維護任務時，必須擁有相應的專業知識儲備。同時，在實際操作中，應針對具體情況，科學合理地選用相應的檢測方法，以達到最佳效果[4]。傳統的故障檢測方式主要依賴于人工對輸電線路進行逐一排查，但效率較低，且長時間的故障排查會給電網用戶帶來不好的用電體驗。為此，提出一種基于故障錄波數據的故障檢測方法，幫助工作人員及時對故障進行排除，并盡快實現線路維護。故障錄波器能夠采集到線路及其分支上的電壓電流數據，這些數據在故障分析及定位中有著重要意義。為了提高故障檢測的精準度并充分利用故障錄波器中的數據價值，以故障錄波器采集數據為基礎進行故障檢測。在進行故障檢測之前，需要對所采集的數據進行初步處理，防止原始數據中包含的大量噪聲影響檢測精度。為此，將數學形態學理論引入故障錄波數據的降噪處理中。數學形態學濾波器能夠有效濾除信號中的噪聲，同時保留信號的主要特征。通過數學形態學濾波器的處理，可提取出電壓和電流信號的主要特征，提高故障檢測的準確性。使用數字形態濾波器對輸入的信號進行處理，經過濾波處理之后，輸出的信號如下式所示。

式中，（n）和分別為開–閉濾波器和閉–開濾波器的輸出信號；（n）為混合濾波器的輸出信號，即為去噪后的信號。

使用數學形態濾波后的信號降噪變化如圖1所示。

在進行信號去噪之后，依據電流方向初步確定故障所在區段。為使檢測得到的故障區段更加準確，使用信號數據窗對區域進行標定。信號數據窗包含信號突變時間與數據窗長度兩個參數，確定合適的參數組合將進一步優化檢測方法。為了準確確定數據窗長度的最佳值，測試與驗證過程，最終選定了200個采樣點作為最合適的數據窗長度。對于數據窗的信號突變時間點，研究選擇Db6小波對信號進行分解分析。分解重構技術在信號處理中極為重要，其目的在于從復雜的信號中提取出有用的信息。其中細節系數能夠揭示信號在不同時間尺度和頻率下的局部特性。為更準確地識別信號的突變點，將最大系數值作為信號突變點的判斷依據。在對數據進行降噪并選擇合適的信號數據窗參數之后，利用Pearson相關系數估計數據信號相關性并分析電流方向情況，以初步確定故障所在區段。根據下式可計算Pearson相關系數的符號函數值。

式中，ρ為Pearson相關系數值，Dp為相關系數的符號函數值。

根據式（2）計算結果分析，若Dp值為-1，則說明首末兩端電流方向相反，反之則電流方向相同。存在方向相反的區段則是故障所在區段。

1.2 故障區段精確測距及輸配電線路日常運行維護

在初步確定故障所在線路之后，需要進一步確定故障的精確位置，以便進行針對性的維護和修復，保證電路穩定運行。在精確測距過程中，以區段內首末兩端的電壓相量和電流相量為依據，計算得到準確的故障位置。初步確定故障區段如圖2所示。

為確定故障發生位置，通過計算將穩態信號轉換為三相穩態向量。在此之后，利用對稱分量方法計算得到線路首末兩端的零序電壓電流。在檢測過程中需要通過誤差校正實現更高精度的故障定位結果。為此，以零序電壓電流相量為數據參考，計算對應的同步測量誤差。末端零序電壓和電流相量如下式所示。

式中，UR0和UR0_real為測量和實際零序電壓相量，j為參數，IR0和IR0_real為測量和實際零序電流相量，θ為同步測量誤差。

為對線路中的故障點進行精確檢測，研究根據首末兩端的零序電流和電壓值得到該點的零序電壓。而故障點的零序電壓是相等的，因此可構造出對應的零序電壓幅值差異度函數，具體如下式所示。

式中，U0_L和U0_R為從線路首端和末端推算得到的x點處的零序相量，（x）為幅度差異函數。

為求解故障精確測距判距的最小值，使用黃金分割搜索算法得到最佳數值，進一步確定故障位置。在確定故障位置之后，需要及時對故障點進行維修，以保證電路的穩定運行。同時，對于輸配電線路的日常運行維護也非常重要。為了有效地進行輸配電線路的維護，需要建立完整的維護管理制度。首先需要強化日常巡檢，并在日常巡檢工作中，對輸電線路進行監督管理，利用所設計的檢測方法對線路進行定期檢查。尤其在惡劣氣候環境下，需要及時排除線路中的潛在故障。此外，利用黃金分割搜索算法對故障檢測技術進行了優化，可在配輸電線路的日常維護中，通過日常巡檢和故障檢測，確保電力系統的穩定運行。

2 基于故障錄波數據的故障排除關鍵技術實例分析

為檢驗研究提出的基于故障錄波數據的故障排除關鍵技術的有效性和可靠性，試驗利用仿真軟件MATLAB在線路同一區段中3個位置處模擬不同故障狀況的接地故障點。并利用研究設計的故障排除技術進行精確定位，幫助工作人員進行故障排除。分析在不同噪聲情況下的測距相對誤差。故障狀況1和故障狀況2分別為單相接地故障和相間短路接地故障。在每種故障狀況下，研究在線路同一區段的3個不同位置設置故障點。誤差結果見表1。

由表1可知，隨著信噪比的增大，精確測距誤差逐漸減小，當信噪比達到20dB時，測量誤差達到最大值。但總體來說，設計的基于故障錄波數據的故障排除技術相對誤差皆不超過0.1‰。可以看出，信號信噪比對故障排除技術的影響并不大，研究設計的故障檢測方法能夠滿足故障排除要求。在輸電線路的日常運行維護中，通過研究提出的故障檢測方法進行故障排除，同時對故障進行及時維修，能夠有效幫助電力系統實現穩定運行。

3 結束語

電網系統中，電力配輸線路至關重要，只有保證輸電線路的正常運行才能實現電網系統的穩定運行。這需要工作人員及時對線路故障進行檢測，并在日常運行維護過程中使用故障檢測方法對線路進行巡檢以及維護。為此，本研究利用故障錄波器采集數據并利用Peasron相關系數以及黃金分割搜索方法實現多端輸電線路的故障處精確定位。通過試驗分析證明，研究設計方法的相對測距誤差皆不超過0.1‰，能夠有效實現線路故障的精確定位。通過精確定位，工作人員能夠及時發現對應故障，最快速度對故障進行檢修維護，為用戶用電提供可靠的電力服務。