聶榮鎮(zhèn)等

【摘 要】直流輸電與交流輸電是高壓輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的兩種輸電方式，在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于直流輸電具有較大的輸電容量，并且通常需要經(jīng)過長距離的傳輸，導(dǎo)致其很容易出現(xiàn)輸電線路故障，及時做好其故障定位并予以有效的處理非常的必要，本文就主要對常見的高壓直流數(shù)顯線路故障及相關(guān)的故障定位技術(shù)予以簡單分析。

【關(guān)鍵詞】高壓直流 輸電線路 故障定位技術(shù)

在高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其中故障率最高的元件就是直流系統(tǒng)故障，尤其是在一些地形復(fù)雜的地區(qū)，在遠(yuǎn)距離的傳輸過程中，很容易受到樹枝、污穢、雷擊等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致線路絕緣水平的降低，從而導(dǎo)致線路發(fā)生閃絡(luò)、對地故障等，而由于其線路傳輸距離遠(yuǎn)，所經(jīng)過的地形條件復(fù)雜，一旦其發(fā)生故障，在故障點(diǎn)的查找過程中具有很大難度，加大故障定位技術(shù)的研究力度，以便于快速準(zhǔn)確的做好高壓直流輸電線路的故障定位工作是非常必要的。

1 常見的高壓直流輸電線路故障

高壓直流輸電線路具有傳輸距離遠(yuǎn)，所經(jīng)過地形條件復(fù)雜的特點(diǎn)，并且輸電線路是直接在空氣中裸露，沒有相關(guān)的保護(hù)措施，受到各方面因素的影響，很容易發(fā)生各種故障，其中最為常見的故障就是對地閃絡(luò)、雷擊等故障，具體表現(xiàn)為：（1）對地閃絡(luò)，通常情況下高壓直流輸電線路中都有很多桿塔，并且在桿塔上配備有相應(yīng)的絕緣，但是由于輸電線路在運(yùn)行過程中是直接在空氣中裸露，污穢、樹枝、雪、霧等一些自然環(huán)境因素不可避免的會對桿塔的絕緣產(chǎn)生影響，長期以來，桿塔會遭到一定程度的破壞，很容易導(dǎo)致對地閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)生對地閃絡(luò)之后，若不能及時采取有效的措施進(jìn)行處理，就會導(dǎo)致出現(xiàn)熄弧困難的現(xiàn)象，在這種的運(yùn)行狀態(tài)下，一旦線路發(fā)生相應(yīng)的故障，很容易導(dǎo)致線路電壓出現(xiàn)突變，線路就會發(fā)生放電現(xiàn)象，從而對整個高壓直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響；（2）雷擊故障，由于直流輸電線路包含有兩個電壓極性相反的極，在同性相斥、異性相吸的基本原理的下，點(diǎn)云很容易向不通極性的直流極線放電，一旦在相同的地點(diǎn)處于兩個極，那么會導(dǎo)致另外兩個極同時遭受雷擊的可能性大大增加，通常情況，直流輸電線路遭受雷擊的實(shí)際非常的短，但就是在這個非常短的時間內(nèi)，會導(dǎo)致直流電壓的迅速升高，在這個電壓升高的過程中，若其電壓數(shù)值超出了雷擊處絕緣所能夠承受的數(shù)值，那么直流輸電線路出現(xiàn)相應(yīng)的故障的概率就會大大增加；（3）其他故障，上文中所述的兩種故障是高壓直流輸電線路運(yùn)行過程中最為常見的兩種故障，但是高壓直流輸電線路運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的故障絕不是僅限于這兩種，還有直流線路短線、高阻接地等多種故障，但是不管是何種類型的故障，一旦故障發(fā)生，都應(yīng)該及時采取有效的措施進(jìn)行處理，否則由于故障所造成的后果是非常嚴(yán)重的。

2 高壓直流線路故障定位技術(shù)研究現(xiàn)狀

交流輸電與直流輸電是目前主要的兩種輸電模式，交流輸電線路與直流輸電線路的物質(zhì)本質(zhì)并沒有什么不同，但是二者的能量集中頻帶存在明顯的差別，目前的相關(guān)研究中，有關(guān)交流輸電線路故障定位原理的研究有很多，但是并不是其所有的故障定位技術(shù)都適用于直流輸電線路的故障定位。有關(guān)直流輸電線路故障定位的設(shè)備，目前最為常用的定位原理就是行波原理，雖然交流輸電線路故障定位技術(shù)有多種，但是只有其中一部分能夠應(yīng)用于直流輸電線路故障定位工作中，這主要是因?yàn)?，直流輸電線路通常比較長，其與交流輸電線路相比，存在明顯的分布參數(shù)特性，為了保證其故障定位的準(zhǔn)確度，通常是需要應(yīng)用分布參數(shù)模型的；并且直流線路主要是進(jìn)行低頻能量的傳輸，一旦輸電線路發(fā)生相應(yīng)的故障，將會導(dǎo)致其無法擁有穩(wěn)定的工頻量，在開展直流輸電線路故障定位工作的過程中，就不能應(yīng)用基于工頻量的頻域法故障定位原理開展故障定位?？傮w上來講，由于直流輸電線路故障定位需要應(yīng)用到分布參數(shù)模型，并且不能應(yīng)用基于工頻量的頻域法開展故障定位，因此其故障定位工作通常是在時域中進(jìn)行，因此目前常用的直流輸電線路故障定位技術(shù)有基于分布參數(shù)模型的單端、兩端量故障分析法以及應(yīng)用單端與兩端量開展故障定位的行波法。

3 常見的高壓直流輸電線路故障定位技術(shù)

3.1 直流輸電線路行波故障定位技術(shù)

行波故障定位技術(shù)起初是應(yīng)用于交流輸電線路故障定位工作中，上世紀(jì)四十年代，行波定位技術(shù)由此產(chǎn)生，在開展相關(guān)研究的過程中發(fā)現(xiàn)，暫態(tài)的行波在傳播的過程中，速度是非常穩(wěn)定的，但是一旦線路發(fā)生相應(yīng)故障，就會導(dǎo)致暫態(tài)行波只能在母線與故障點(diǎn)之間進(jìn)行傳播，因此，可以通過暫態(tài)行波的傳播時間及出現(xiàn)故障的距離來判斷故障點(diǎn)。理想狀態(tài)下，線路的類型、線路兩側(cè)的系統(tǒng)以及線路的故障電阻都不會對行波法測距產(chǎn)生影響，因此應(yīng)用行波法測距具有良好的可靠性，并且其測量精度比較高。盡管行波法具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是其也存在一些資深的缺陷性，如：線路所產(chǎn)生的故障行波具有明顯的不確定性，并且在超高速采樣頻率、行波信號的提取等方面存在較大的難度。在將行波故障定位技術(shù)應(yīng)用于直流輸電線路的故障定位工作中，與交流輸電線路故障定位相比，存在明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：（1）行波定位的故障初相角不會對直流線路產(chǎn)生明顯的影響；（2）在直流輸電線路運(yùn)行過程中，其母線結(jié)構(gòu)通常不會發(fā)生相應(yīng)的變化，并且系統(tǒng)只存在一條出線，不需要與其他線路進(jìn)行分辨，在進(jìn)行某一條線路故障定位的過程中，不會對其他線路的故障定位產(chǎn)生影響。正因?yàn)?，將行波法故障定位技術(shù)應(yīng)用直流輸電線路故障定位工作中具有這兩方面的優(yōu)點(diǎn)，使得其在高壓直流輸電線路故障定位工作中具有廣泛的應(yīng)用。

對目前高壓直流輸電線路故障定位工作中常用的行波法故障定位技術(shù)進(jìn)行簡單分析，發(fā)現(xiàn)其主要存在兩種行波故障測距基本原理，其中一種是D型雙端原理，另一種是A型單端原理，在實(shí)際的故障定位應(yīng)用工作中，最為常用的為D型雙端原理。在實(shí)際的故障定位工作中，行波故障定位技術(shù)最核心的內(nèi)容為標(biāo)定波頭起始時刻以及波頭的識別，這就對相關(guān)工作人員提出了較高的要求，尤其是在波頭識別的過程中，相關(guān)的工作人員必須要能夠具備較高的專業(yè)素質(zhì)，這也使得這一工作具有較強(qiáng)的主觀性，自動化實(shí)現(xiàn)起來具有較大難度，但是若在實(shí)際的故障定位工作中，行波波頭幅值及過渡電阻受到限制，就會導(dǎo)致定位的精度與可靠性受到較大的影響，故障定位位置的準(zhǔn)確性也就難以得到保證，因此，在實(shí)際的高壓直流輸電線路故障定位工作中，若單純的應(yīng)用行波故障定位技術(shù)，是難以保證其定位結(jié)果的可靠性的。

3.2 直流輸電線路故障分析法故障定位技術(shù)

故障分析法主要是依據(jù)相關(guān)測量結(jié)果及參數(shù)得到電流、電壓等值，通過分析計算的方法，對故障點(diǎn)的距離開展計算，與其他方法相比，故障分析法是一種比較簡單的故障定位方法，可行性比較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，若要完成對故障點(diǎn)距離的測量，通過先用的故障錄波器就能夠很好的完成。在故障分析法中，單端量法、雙端量法是兩種常用的方法，在實(shí)際操作過程中，單端量法操作起來比較方便，但是起適用范圍比較窄，在本側(cè)信息中使用起來比較方便，但是不可避免的會對對側(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響；若應(yīng)用雙端量法，不會產(chǎn)生互相影響的問題，但是在實(shí)際操作過程中，若想要成功的獲取對側(cè)信息，還需要借助于其他通信技術(shù)，在這一過程中，會產(chǎn)生大量的同步數(shù)據(jù)，導(dǎo)致整個計算的計算量非常的大。盡管如此，故障分析法還具有本身特有的優(yōu)點(diǎn)，其與其他故障定位技術(shù)相比具有很強(qiáng)的可靠性，對于采樣的要求也是比較低的，但是其缺點(diǎn)是其受到線路參數(shù)精度的影響比較大，其在精度上要比行波故障定位技術(shù)要差。

在對直流輸電線路的故障進(jìn)行定位時、故障分析法采用的是基于分布參數(shù)模型的時域法、這種方法具有非常大的優(yōu)勢、在故障發(fā)生的整個過程中、會產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)、這些數(shù)據(jù)都可以用來定位、在進(jìn)行測距時、時域-頻域之間無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換?；谶@些優(yōu)點(diǎn)、在未來的直流輸電線路故障定位中、故障分析法將會成為發(fā)展趨勢。故障分析法在進(jìn)行故障定位時、所采用的方法為時域法、通過時域法、任一段暫態(tài)數(shù)據(jù)都可以用來進(jìn)行故障定位、這對于行波故障定位的方法來說、具有更為廣闊的定位空間。并且時域法所需要進(jìn)行的采樣率比較低、可靠性比較高、在實(shí)際的直流電路故障定位中、具有非常高的實(shí)用價值。因此、應(yīng)該大力推廣故障分析法的發(fā)展及應(yīng)用。

4 結(jié)語

由上文分析可知，由于直流輸電線路與交流輸電線路并無本質(zhì)區(qū)別，只是能量集中頻帶不同。理論上，交流線路的部分故障定位原理也適用于直流線路。直流系統(tǒng)故障暫態(tài)過程中含有大量的特征頻率信號，可研究基于特征頻率的故障定位原理。基于時域微分方程的故障定位方法，原理上不受非周期分量和各次諧波影響，可研究適用于直流輸電線路的時域故障定位原理。另外，可研究直流線路故障定位中線路參數(shù)不精確及其頻變特性問題、故障電弧特性問題的解決措施。充分利用直流輸電線路故障特征，可構(gòu)建多種故障定位原理，從而提高直流線路故障定位的可靠性和準(zhǔn)確性。

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