龐凱 楊森裕

摘 要：隨著智能電網(wǎng)體系的規(guī)劃與構(gòu)建，我國電網(wǎng)整體上已呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)化。在此背景下，對(duì)既有的故障定位技術(shù)有很大的影響。因此，本文主要對(duì)高壓輸電線路故障存在的各種類型以及定位的各種方法進(jìn)行分析與研究，盡可能地保障新時(shí)代電網(wǎng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為關(guān)注這一話題的人提供參考。

關(guān)鍵詞：高壓輸電項(xiàng)目;故障定位技術(shù);電網(wǎng)運(yùn)行

引言：

當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，用戶對(duì)電網(wǎng)安全、高效運(yùn)行的需求與日俱增，在此基礎(chǔ)上，電網(wǎng)發(fā)生故障會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。加強(qiáng)對(duì)高壓輸電線路故障定位方法的分析與研究，有助于迅速定位故障，采取相關(guān)措施恢復(fù)供電，保證電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行。

1高壓輸電故障定位技術(shù)的概述與作用

一般在輸電線路發(fā)生故障后，故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)行波信號(hào)，向兩側(cè)分散傳遞豐富的故障信息。關(guān)于高壓輸電線路的故障定位技術(shù)，通常是針對(duì)暫態(tài)行波的特點(diǎn)，對(duì)初始行波的波頭進(jìn)行定位。高壓輸電線路故障定位的方法具體經(jīng)過了四個(gè)階段的發(fā)展，首先是用膠片作為故障錄波器的記錄載體，通過靜態(tài)電子進(jìn)行模擬分析，其次是行波法的應(yīng)用，然后是微機(jī)型保護(hù)裝置的投用以及GPS的對(duì)民開放，為單端和雙端故障方法提供了技術(shù)支持，最后就是近年來智能算法理論的引入，使得輸電線路定位技術(shù)趨于智能化。

在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，高壓輸電定位技術(shù)的作用主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，有助于減少經(jīng)濟(jì)損失。電力行業(yè)是基礎(chǔ)保障行業(yè)，其特點(diǎn)是生產(chǎn)與消費(fèi)同時(shí)進(jìn)行，一旦發(fā)生故障，極易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而通過高壓輸電故障定位技術(shù)的應(yīng)用，可以幫助電網(wǎng)維修相關(guān)人員迅速定位與維修故障點(diǎn)。第二，能夠節(jié)約時(shí)間。電網(wǎng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的線路集合，合理地應(yīng)用高壓輸電定位技術(shù)，能夠幫助維護(hù)人員盡快地確定故障點(diǎn)，減少巡線時(shí)間。第三，可以對(duì)線路薄弱點(diǎn)進(jìn)行分析。在電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，很多瞬發(fā)故障都是產(chǎn)生于線路薄弱點(diǎn)，提前應(yīng)用高壓輸電故障定位技術(shù)對(duì)相關(guān)薄弱點(diǎn)進(jìn)行確定與維護(hù)，有助于避免線路發(fā)生永久性故障風(fēng)險(xiǎn)，提高線路的穩(wěn)定性與安全性。

2為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行所運(yùn)用的不同高壓輸電線路故障定位方法

2.1故障類型

根據(jù)高壓輸電線路發(fā)生故障的原因可以分為永久性故障與隱性故障。永久性故障根據(jù)故障的形式又分為短路故障與斷路故障，短路故障產(chǎn)生是多個(gè)導(dǎo)體對(duì)電基導(dǎo)體間的故障，斷路故障則是線路的導(dǎo)線斷裂導(dǎo)致的配電回路故障，永久性故障容易造成對(duì)輸電線路的整體機(jī)械性損害。隱性故障發(fā)展則具有不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)在正常電壓下不會(huì)被擊穿。

2.2定位方法

隨著無功補(bǔ)償裝置、柔性交流輸電裝置以及相關(guān)清潔能源并網(wǎng)的應(yīng)用，我國電網(wǎng)更趨于動(dòng)態(tài)化，既有的高壓輸電線路故障定位方法的精度受到了很大的影響。對(duì)當(dāng)前存在的定位方法進(jìn)行歸納對(duì)比，有助于探索更優(yōu)的定位方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的精準(zhǔn)測(cè)量。

2.2.1線路分析法

線路分析法又可以分為阻抗法、電壓法與解方程法三種。

阻抗法指的是利用相應(yīng)的測(cè)量裝置在高壓輸電線路發(fā)生問題時(shí)的電流值和電壓值進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出阻抗值，然后根據(jù)阻抗值與高壓輸電線路長度的正比關(guān)系，對(duì)故障點(diǎn)的所在位置進(jìn)行確認(rèn)。阻抗法分為兩種類型，一種是單端測(cè)距法，分為工頻分量法和微分工程法，一種是需要GPS定位保證高精度時(shí)鐘條件的雙端測(cè)距法。

電壓法指的是利用發(fā)生故障時(shí)，故障處電壓迅速下降的特點(diǎn)，對(duì)參照線路的不同故障相電壓沿線路分布情況計(jì)算，找出故障相電壓的最低點(diǎn)位置，對(duì)應(yīng)完成故障測(cè)距的目的。

解方程法根據(jù)相應(yīng)的線路參數(shù)和系統(tǒng)模型等，帶入測(cè)距點(diǎn)的電壓和電流等，通過解方程的方式進(jìn)行故障點(diǎn)確認(rèn)[1]。

2.2.2智能法

智能法是應(yīng)用智能理論算法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)，將智能技術(shù)進(jìn)行交叉結(jié)合，從而對(duì)高壓輸電線路故障點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)的方法。專家系統(tǒng)是一種以專家經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同故障進(jìn)行知識(shí)處理與快速定位的系統(tǒng)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的原理則是通過樣本學(xué)習(xí)截取相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)故障定位。

2.2.3行波分析法

所謂行波分析法是指對(duì)高壓輸電線路故障產(chǎn)生時(shí)的暫態(tài)行波信號(hào)進(jìn)行采集，利用相應(yīng)的分布參數(shù)模型進(jìn)行分析與計(jì)算，從而獲取故障距離的一種方法。具體原理是將故障產(chǎn)生時(shí)的暫態(tài)行波視為一個(gè)與故障大小相等、前方向相反的壓力源作用下發(fā)出的行波，該行波會(huì)向沿線路兩端進(jìn)行傳播往返，最后趨于穩(wěn)定。行波測(cè)距方法大致分為A、B、C、D、E、F六種，A型定位根據(jù)行波波頭到測(cè)量點(diǎn)往返的時(shí)間確定距離，B型根據(jù)故障點(diǎn)行波到母線的時(shí)間確定故障點(diǎn)位置，C型是利用相關(guān)測(cè)距裝置發(fā)射的直流脈沖的往返時(shí)間確定故障點(diǎn)位置，D型利用不同暫態(tài)行波到達(dá)母線的時(shí)間差計(jì)算故障點(diǎn)距離，E、F型則利用故障發(fā)生進(jìn)行重合閘時(shí)的暫態(tài)行進(jìn)行相關(guān)的故障定位工作，其中ABCD于傳統(tǒng)范圍內(nèi)的行波測(cè)距方法。

2.2.4區(qū)段定位法

區(qū)段定位法指的是通過在高壓線路的節(jié)點(diǎn)處安裝相應(yīng)的故障檢測(cè)器，在故障發(fā)生時(shí)便于及時(shí)分析故障信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)段定位，進(jìn)而迅速確定故障點(diǎn)的一種方法。探測(cè)器一般有故障指示器和線路FTU兩種。

3不同方法對(duì)比分析

在高壓輸電線路的實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)高壓線路故障定位方法有著關(guān)于經(jīng)濟(jì)性、精準(zhǔn)性等方面的要求，在此基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前存在的各種定位方法進(jìn)行對(duì)比分析，有助于維護(hù)人員選擇最為合理的故障測(cè)距方法。

與其他高壓輸電線路故障定位方法相比，故障分析法簡單且便于實(shí)行，但極容易受到多種因素的影響，嚴(yán)重影響了高壓輸電線路故障定位的精準(zhǔn)度。導(dǎo)致定位不精準(zhǔn)的原因具體分為以下三種：第一，線路參數(shù)問題。在運(yùn)用故障分析法中的解方程法時(shí)，常常需要應(yīng)用到設(shè)置好的線路參數(shù)和系統(tǒng)模型，而實(shí)際情況中，高壓線的參數(shù)會(huì)受到諸如氣候天理、地理位置、電阻分布、地質(zhì)情況等多種因素影響，增大誤差率。第二，數(shù)據(jù)采樣時(shí)的同步性問題。在進(jìn)行雙端測(cè)距的時(shí)候，常常需要對(duì)兩端信息進(jìn)行同時(shí)采集，GDP技術(shù)的民用為這個(gè)技術(shù)提供了應(yīng)用的可能性，但是由于相關(guān)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的滯后性，還是影響到了高壓輸電線路定位的準(zhǔn)確性。除此之外，故障分析法不適用于同桿雙回線路以及帶串補(bǔ)電容線路的故障精準(zhǔn)定位。

區(qū)段定位法在實(shí)際應(yīng)用過程中，定位精度容易受到信號(hào)干擾，同時(shí)在小電流接地故障的檢測(cè)中應(yīng)用效果并不理想，使用場景多有限制。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的智能法與傳統(tǒng)故障定位技術(shù)相比，具有響應(yīng)、處理速度快，計(jì)算準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，但智能法由于相關(guān)研究剛剛起步，理論上面臨著專家系統(tǒng)知識(shí)瓶頸，技術(shù)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件難以對(duì)理論進(jìn)行適配的問題。

與傳統(tǒng)的故障定位技術(shù)相比，行波法更具精準(zhǔn)性，但在實(shí)際應(yīng)用過程中存在著諸多限制，首先在行波獲取過程中，為了避免電容式電壓互感器對(duì)行波傳變?cè)斐捎绊?，就需要串?lián)電感線圈與電容式電壓互感器的接地，從而獲得暫態(tài)行波，或者應(yīng)用相應(yīng)的行波傳感器對(duì)CTV接電線的電流進(jìn)行耦合，也可以達(dá)到相應(yīng)目的。其次在識(shí)別波頭時(shí)，傳統(tǒng)的小波變換法容易受到外界因素的干擾，而HHT法則能夠?qū)π盘?hào)本身進(jìn)行分解，但信號(hào)本身容易被噪音干擾，從而影響故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。最后，由于行波在實(shí)際傳播過程中會(huì)受到多種因素的干擾，比如過渡電阻、大地電阻等，為了盡可能地減少誤差，應(yīng)該運(yùn)用比地膜更加穩(wěn)定的線模[2]。

結(jié)論：為了保證電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行，必須做好高壓輸電線路故障定位工作，本文主要對(duì)當(dāng)前存在的各種故障定位方法進(jìn)行分析、對(duì)比，針對(duì)性地指出各方法的優(yōu)劣處，以期對(duì)相關(guān)高壓線路維護(hù)人員的工作起到一定的借鑒作用，對(duì)相關(guān)研究人員在故障定位方法的優(yōu)化上起到一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王素云.淺談高壓輸電線路接地故障的定位技術(shù)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（07）：141-142.

[2]葉海宏.高壓輸電線路故障定位技術(shù)及應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（23）：71-72.