沈 虹

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山528000）

0 引言

近年來(lái)，因雷擊、臺(tái)風(fēng)、外力破壞等引起的輸電線路跳閘故障頻繁發(fā)生，受到了電力系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)行和管理部門的高度重視。輸電線路的每一次跳閘，除給系統(tǒng)帶來(lái)沖擊外，都會(huì)給絕緣子、導(dǎo)線等電力設(shè)施帶來(lái)?yè)p壞而留下安全隱患，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，輸電線路故障跳閘原因復(fù)雜，影響因素眾多，由于缺乏必要、有效的輸電線路故障監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段，而傳統(tǒng)輸電線路故障定位裝置的誤差較大，導(dǎo)致在發(fā)生故障后故障點(diǎn)查找困難；由于輸電線路管理上存在多條跨省和跨區(qū)線路分屬多個(gè)公司管理，運(yùn)行維護(hù)時(shí)存在多個(gè)公司共同巡線查找故障點(diǎn)的現(xiàn)象，浪費(fèi)了人力、物力，也影響了電網(wǎng)及時(shí)恢復(fù)供電。

本文以220kV線路為監(jiān)測(cè)對(duì)象，在省級(jí)電網(wǎng)公司設(shè)置監(jiān)測(cè)中心站，各地市局設(shè)置工作站的分層分布式監(jiān)測(cè)平臺(tái)，建設(shè)省級(jí)電網(wǎng)輸電線路故障監(jiān)測(cè)平臺(tái)，分析如何利用故障電流行波的電磁暫態(tài)特征準(zhǔn)確辨識(shí)雷擊與非雷擊故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路故障的智能監(jiān)測(cè)和診斷，為快速恢復(fù)故障及明確事故原因提供監(jiān)測(cè)手段，有效提升了輸電線路運(yùn)行維護(hù)的管理水平。

1 輸電線路故障原因辨識(shí)原理

輸電線路故障原因的準(zhǔn)確辨識(shí)，是指導(dǎo)輸電線路采取針對(duì)性防護(hù)措施降低線路跳閘率的基礎(chǔ)。由于輸電線路在發(fā)生不同類型的跳閘故障時(shí)，其線路上的故障電流行波呈現(xiàn)出不同的電磁暫態(tài)特征，因此，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)并提取輸電線路故障電流行波數(shù)據(jù)，分析其電磁暫態(tài)特征，可以達(dá)到對(duì)輸電線路雷擊與非雷擊故障原因準(zhǔn)確辨識(shí)的目的。

輸電線路遭受雷擊故障時(shí)，流經(jīng)線路的故障電流主要由兩部分疊加而成，一部分是雷電流分流后直接進(jìn)入線路的電流，另一部分是雷電流經(jīng)桿塔入地后的反射波進(jìn)入線路的電流。標(biāo)準(zhǔn)雷電流的波尾時(shí)間為50μs，由于與大地反射波極性相反，兩者疊加后其峰值衰減加快，波尾時(shí)間變短。因此，雷擊線路的故障電流行波波尾時(shí)間小于50μs，實(shí)測(cè)一般在40μs以內(nèi)。而輸電線路在遭受污穢閃絡(luò)、樹木閃絡(luò)等閃絡(luò)及外力破壞等非雷擊故障后，其閃絡(luò)過(guò)程與交流電流的變化密切相關(guān)，電弧呈現(xiàn)熄滅重燃、延伸收縮的變化，相比于雷擊故障其電流暫態(tài)行波頻率較低，這類故障的故障電流行波波尾時(shí)間較長(zhǎng)，一般遠(yuǎn)大于40μs。

圖1與圖2分別為ATP程序仿真模擬得到的典型220kV單回線路發(fā)生雷擊與非雷擊故障時(shí)故障相的電流行波波形圖，對(duì)比可知，發(fā)生雷擊時(shí)故障電流行波波尾時(shí)間小于50μs，而非雷擊時(shí)故障電流行波波尾時(shí)間遠(yuǎn)大于50μs。

圖1 雷擊故障電流波形圖

圖2 非雷擊故障電流波形圖

根據(jù)上述雷擊、非雷擊行波的物理和仿真分析結(jié)果可知，通過(guò)采集輸電線路雷擊故障電流行波，分析其波形特征，可以有效地區(qū)分和辨別輸電線路的故障性質(zhì)是雷擊還是非雷擊。

2 分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)原理

電力系統(tǒng)故障定位的方法主要有阻抗法和行波法兩種。阻抗法由于受故障電阻、線路負(fù)荷、互感器誤差和電源參數(shù)等因素的影響較大，實(shí)際應(yīng)用效果不理想。目前電力系統(tǒng)中投入使用的多為行波法，即根據(jù)行波在傳輸線路上波阻抗不連續(xù)節(jié)點(diǎn)的反射特性來(lái)確定故障點(diǎn)距離。行波法原理簡(jiǎn)單，理論上不易受系統(tǒng)運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻、線路分布電容的影響，測(cè)距精度較阻抗法高，但在實(shí)際應(yīng)用中由于受工程因素的制約，如導(dǎo)線參數(shù)、行波波速變化、行波在線路中傳播的衰減畸變等，該法的精度有所降低。

采用分布式監(jiān)測(cè)方式，在輸電線路上布置若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端，將輸電線路分解成若干個(gè)區(qū)間，通過(guò)記錄工頻故障電流和電流行波，利用工頻故障電流先確定故障區(qū)間，然后再進(jìn)行區(qū)間內(nèi)的行波定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路故障的精確定位。當(dāng)輸電線路跳閘故障發(fā)生在兩個(gè)設(shè)備安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)終端之間時(shí)，故障點(diǎn)同側(cè)的設(shè)備安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)終端記錄的工頻故障電流信號(hào)方向相同，故障點(diǎn)兩側(cè)記錄的工頻信號(hào)方向相反。

通過(guò)在輸電線路上布置若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端和系統(tǒng)，將輸電線路劃分為若干個(gè)區(qū)間，分別監(jiān)測(cè)并記錄各區(qū)間的故障數(shù)據(jù)和信號(hào)。這種在線路中分散布局而非在兩端變電站集中布局的監(jiān)測(cè)方式，不僅對(duì)輸電線路長(zhǎng)度、導(dǎo)線弧垂等影響測(cè)量誤差的固有參數(shù)進(jìn)行了離散化監(jiān)測(cè)，同時(shí)由于每個(gè)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)區(qū)段的縮短可有效減小行波波速變化以及傳播衰減畸變等因素對(duì)故障定位精度的影響，從而大幅提高輸電線路故障定位的精度。

3 分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)功能

輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成按照分層分布式體系設(shè)計(jì)，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端、數(shù)據(jù)中心和工作站3部分組成，各部分之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連，同時(shí)數(shù)據(jù)中心還提供了 WEB服務(wù)查詢功能。該系統(tǒng)作為輸電線路工況在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一部分，與其他部分共享監(jiān)測(cè)信息。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端是輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，分布式地安裝于輸電線路的導(dǎo)線上，監(jiān)測(cè)并采集輸電線路故障發(fā)生時(shí)刻的故障電流行波與工頻故障電流及諧波電流信息，同時(shí)將采集到的信號(hào)上傳到數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端主要由傳感器線圈測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集分析單元、通信單元和電源系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)中心通過(guò)GPRS與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端通信，接收上傳的監(jiān)測(cè)信息并對(duì)故障信息進(jìn)行診斷，將上傳的監(jiān)測(cè)信息和故障診斷結(jié)果保存，同時(shí)下達(dá)相關(guān)控制信息。

分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)完整地記錄了每次故障電流暫態(tài)行波，軟件系統(tǒng)通過(guò)分析電流暫態(tài)行波的差異確定故障是否屬于雷擊故障，若是雷擊故障則進(jìn)一步確定是繞擊還是反擊；并利用各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端的行波數(shù)據(jù)與GPS時(shí)鐘數(shù)據(jù)計(jì)算故障點(diǎn)的精確位置，同時(shí)可獲取輸電線路的運(yùn)行工況信息、雷擊頻度信息、故障信息，還具備短信報(bào)警功能；線路發(fā)生跳閘故障或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端異常時(shí)，采用短信的方式將智能診斷分析結(jié)果發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人，并在系統(tǒng)網(wǎng)站上公布該故障信息，方便電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理人員運(yùn)行維護(hù)。

4 分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

2013年，本局在所轄主網(wǎng)線路上安裝了輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)終端，完成了各裝置的安裝與調(diào)試，建立起佛山供電局輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和平臺(tái)。該系統(tǒng)在輸電線路故障精確定位、故障原因準(zhǔn)確辨識(shí)、故障規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析、差異化防雷等方面發(fā)揮了巨大的作用。

4．1 輸電線路故障定位

分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)可在線路發(fā)生故障后精確定位故障點(diǎn)，減短查尋線路故障點(diǎn)所需時(shí)間，減輕巡線工作量，實(shí)現(xiàn)輸電線路發(fā)生故障后迅速恢復(fù)供電。具體應(yīng)用示例如下：

220kV陽(yáng)康甲線是于2013年4月由220kV陽(yáng)燕甲線、清康甲線改接而成，全段495基桿塔，約180km。佛山供電局管轄#357～#495塔，共138基，長(zhǎng)度42．481km。

2013年8月20日20：21左右，220kV陽(yáng)康甲線A相跳閘，重合不成功?？禈?lè)站測(cè)距34．5km；8月20日21：08左右，線路強(qiáng)送成功，線路中斷供電約47min。輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)故障電流行波數(shù)據(jù)，得到行波與GPS反射波時(shí)間差約237μs，根據(jù)單端行波定位原理（圖3），系統(tǒng)自動(dòng)診斷結(jié)果為#373桿塔。

圖3 電流行波反射波定位原理

故障發(fā)生后工作人員立即根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)診斷結(jié)果展開巡線（圖4），發(fā)現(xiàn)220kV陽(yáng)康甲線#372～#373塔A相導(dǎo)線上下子導(dǎo)線各有一處輕微放電痕跡，導(dǎo)線未發(fā)現(xiàn)斷股，其他桿塔未發(fā)現(xiàn)異常，進(jìn)一步確認(rèn)知跳閘系違章施工泵車觸線所致。本次事故沒(méi)有造成人員傷亡。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)巡線圖片

4．2 輸電線路故障原因辨識(shí)

輸電線路故障跳閘原因復(fù)雜，影響因素眾多，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中往往由于輸電線路跳閘的原因無(wú)法得到準(zhǔn)確辨識(shí)，使得采取的措施缺乏針對(duì)性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高，不能切實(shí)提高線路的運(yùn)行能力。輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在線路發(fā)生跳閘故障后自動(dòng)診斷故障原因，是輸電線路跳閘故障鑒別的有力手段，有效地指導(dǎo)了線路生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)工作。

2013年8月20日20：21左右220kV陽(yáng)康甲線的跳閘故障中，故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)記錄得到了220kV陽(yáng)康甲線故障電流行波（圖5），通過(guò)波形特征分析，給出了線路故障原因?yàn)榉抢讚簟?/p>

圖5 陽(yáng)康甲線A相故障電流行波波形圖

4．3 輸電線路故障規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析

輸電線路故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確記錄每一次線路跳閘的情況、分析辨識(shí)其故障原因。系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行積累下來(lái)的數(shù)據(jù)是輸電線路運(yùn)行維護(hù)中切實(shí)反映線路運(yùn)行能力的十分寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4．4 加強(qiáng)輸電線路的屬地化管理

傳統(tǒng)輸電線路故障定位裝置的誤差較大，導(dǎo)致在發(fā)生故障后故障點(diǎn)不明確。多條跨省和跨區(qū)線路輸電線路分別由多個(gè)公司管理，在運(yùn)行維護(hù)時(shí)多個(gè)公司共同巡線查找故障點(diǎn)，浪費(fèi)了人力、物力。建立了分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)及平臺(tái)，各級(jí)工作人員均可通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)測(cè)、查詢、掌握線路的運(yùn)行情況，線路發(fā)生故障后明確巡線及維護(hù)單位，有效提高了工作效率，加強(qiáng)了對(duì)輸電線路的屬地化管理，提高了輸電線路的運(yùn)行管理水平。

（3）輸電線路分布式故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分層分布式體系設(shè)計(jì)，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端、數(shù)據(jù)中心和工作站3個(gè)部分組成，同時(shí)提供了WEB服務(wù)查詢功能。通過(guò)故障精確定位有效地幫助快速完成巡線及輸電線路故障查詢工作，還為故障原因的診斷提供了智能化工具。

5 結(jié)論

（1）分布式輸電線路故障精確定位及診斷系統(tǒng)，通過(guò)在輸電線路上每隔30km安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)終端，就近監(jiān)測(cè)故障電流暫態(tài)行波，以完整反映故障電流的電磁暫態(tài)特征，同時(shí)通過(guò)區(qū)間定位的方法提高了故障定位的可靠性和準(zhǔn)確度，減小了弧垂、波速、波形衰減以及干擾信號(hào)的影響。

（2）通過(guò)監(jiān)測(cè)輸電線路上的故障電流行波，分析其電磁暫態(tài)特征，可以實(shí)現(xiàn)輸電線路雷擊與非雷擊、繞擊與反擊等故障性質(zhì)的準(zhǔn)確辨識(shí)。

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