吳　哲

（汕頭供電局，廣東汕頭　515041）

柔性直流輸電線路故障定位分析與研究

吳哲

（汕頭供電局，廣東汕頭515041）

隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電在生活和生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于直流輸電線路往往距離比較遠(yuǎn)，故障發(fā)生率比較高。要確保直流輸電系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行，快速診斷和消除輸電線路故障就顯得尤為重要。本文對(duì)現(xiàn)有的直流輸電線路故障定位位方法的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和討論，并根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后直流輸電線路故障定位的研究提出了一些建議。

柔性直流輸電線路行波分析法故障分析法

1　概述

柔性直流輸電與交流輸電比較，具有輸送電量大、輸送距離長(zhǎng)、配電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)簡(jiǎn)便、送電功率容易調(diào)節(jié)、輸電走廊占用空間小等特點(diǎn)。因此在遠(yuǎn)距離輸電、分布式電能并網(wǎng)、島嶼供電以及城市中心區(qū)域供電等方面優(yōu)勢(shì)明顯。如今直流輸電工程數(shù)量逐漸增多，柔性直流輸電在我國(guó)發(fā)展十分迅速。直流系統(tǒng)中，由于雷電、樹木遮擋和污染物附著導(dǎo)致輸電線路故障率往往比較高。同時(shí)由于直流輸電線路距離往往比較遠(yuǎn)、經(jīng)常跨越各種地形穿越不同氣候區(qū)域，導(dǎo)致高故障率的同時(shí)，也造成故障的診斷和恢復(fù)難度加大。因此，快速準(zhǔn)確的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停電造成的損失，對(duì)提高輸電系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)具有重要意義。［1］

2　柔性直流輸電線路故障定位方法的研究

目前，直流輸電線路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。其中行波分析法的應(yīng)用最為廣泛。行波分析法包括A、B、C、D、E、F五種類型，其中A、C、E、F應(yīng)用單端分析原理，B、D采用雙端分析原理。根據(jù)電氣數(shù)據(jù)來(lái)源故障分析法可分為單端分析法和雙端分析法兩種，根據(jù)電氣數(shù)據(jù)形式可分成頻域分析法和時(shí)域分析法。［2］

2.1直流輸電線路故障定位的行波分析法

行波分析定位法最初應(yīng)用于交流線路的故障分析，因?yàn)闀簯B(tài)行波在線路中斷傳輸速度穩(wěn)定，因此故障距離可以通過測(cè)量行波在母線和故障點(diǎn)之間的傳輸時(shí)間計(jì)算得出。從理論上講，行波分析法的可靠性和測(cè)量精度與輸電線路類型、故障阻抗和兩側(cè)系統(tǒng)特性無(wú)關(guān)。和交流輸電線路行波分析法相比，直流輸電線路行波分析的優(yōu)勢(shì)有：（1）直流電壓不存在周期性過零，不存在故障初相角影響的問題，并且暫態(tài)行波能量較大，波頭比較容易分辨；（2）直流線路母線的機(jī)構(gòu)固定，并且母線通常只有一條出線，不需要分辨故障點(diǎn)傳輸?shù)男胁ê筒煌妇€的反射波和透射波，故不存在其他線路影響的問題。實(shí)踐表明，行波分析法測(cè)量直流輸電線路的故障點(diǎn)檢測(cè)誤差通常不超過三千米。在實(shí)際應(yīng)用中，雙端分析原理應(yīng)被作為主要的檢測(cè)原理，而單端分析原理應(yīng)作為輔助檢測(cè)原理。

根據(jù)測(cè)量原理可知，行波分析法定位故障點(diǎn)是通過分辨波頭、測(cè)定波頭的初始時(shí)間來(lái)完成故障定位的。波頭的分辨和測(cè)定工作，要求完成工作的作業(yè)人員有較高的專業(yè)素質(zhì)，此項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的難度較大。當(dāng)存在過度電阻、行波波頭幅值受到限制時(shí)，行波波頭起始點(diǎn)分辨的準(zhǔn)確度會(huì)更加難以保證，使定位的精確度和可靠性受到嚴(yán)重影響。一旦過渡電阻持續(xù)加大到一定值，行波分析法就會(huì)因?yàn)闆]有啟動(dòng)而不能定位故障，類似現(xiàn)象在南方電網(wǎng)的直流輸電線路故障分析中多次出現(xiàn)。并且在故障發(fā)生在直流線路的首末端時(shí)，行波分析法還會(huì)出現(xiàn)死區(qū)，并且雙端故障分析的準(zhǔn)確度和可靠性取決于GPS的準(zhǔn)確對(duì)時(shí)和正常通訊。同時(shí)，由于電磁波的傳輸速度接近光速，1μs的偏差則會(huì)導(dǎo)致大約300米的誤差發(fā)生，為了更加精確的測(cè)定波頭起始時(shí)間、提高定位精確度。必須應(yīng)用高采樣頻率的裝置。

綜上可知，僅僅應(yīng)用直流輸電線路的行波分析法，對(duì)于要求采樣頻率較高、過渡電阻大的情況，難以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位分析。另外，由于波頭分辨和起始時(shí)間測(cè)定的問題，必須工作人員完成，自動(dòng)化測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)。［3］

2.2直流輸電線路故障定位的故障分析法

故障分析法是依據(jù)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)和測(cè)量出的電流、電壓，經(jīng)過分析和計(jì)算，得出故障點(diǎn)的距離。故障分析法對(duì)采樣頻率的要求比較低，因此可靠性相對(duì)較高，但容易受線路參數(shù)的準(zhǔn)確度影響，導(dǎo)致故障定位的精度相對(duì)行波原理低。故障分析法中的基于分布參數(shù)的時(shí)域法從故障發(fā)生瞬時(shí)到穩(wěn)態(tài)整個(gè)過程中的所有數(shù)據(jù)都可以用作故障定位，采樣點(diǎn)直接測(cè)距不需時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)窗較短，時(shí)域法成為故障定位的發(fā)展趨勢(shì)。

綜上，時(shí)域法可以應(yīng)用故障發(fā)生后的任一暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障定位，采樣頻率低、可靠性高，有一定的使用價(jià)值。但是所需線路參數(shù)高，造成故障定位的精度往往低于行波分析法。［4］

3　直流輸電線路故障定位研究的建議

因?yàn)橹绷鬏旊娋€路和交流輸電線路除能量集中的頻帶不同外，沒有本質(zhì)的分別。因此，從理論上講，某些交流故障定位分析方法，同樣適用于直流線路故障分析。直流線路故障暫態(tài)過程包括狠多特征頻率信號(hào)，可進(jìn)行特征頻率的定位原理研究。故障的時(shí)域微分方程定位法，由于不受諧波和分周期分量影響，可進(jìn)行直流輸電線路時(shí)域故障定位分析。此外，應(yīng)對(duì)線路參數(shù)不準(zhǔn)確及頻變特征問題、故障電弧特征問題進(jìn)行研究，提出解決方法。對(duì)直流輸電線路的故障特性進(jìn)行深入研究和分析，提出更加先進(jìn)的故障定位分析法，提高直流線路故障定位的精確度和可靠性。

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)直流輸電線路的故障定位原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和討論。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)故障定位的原理和方法進(jìn)行了分類研究，指出了不同分析法的優(yōu)缺點(diǎn)。并對(duì)故障定位分析的研究提出了一些建議和設(shè)想，提出了故障定位分析研究的進(jìn)一步方向。

［1］葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測(cè)距原理與技術(shù)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

［2］浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［3］郭俊宏，譚偉璞，楊以涵，等.電力系統(tǒng)故障定位原理綜述［J］.繼電器，2006，34（3）：76-81.

［4］江全元，鄒振宇，曹一家，等.考慮時(shí)滯影響的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和廣域控制研究進(jìn)展［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（3）：1-7.

吳哲（1988—），男，廣東汕頭人，汕頭供電局員工，主要從事電力電纜工作。