遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吳 巍

1 引言

在中國(guó)工業(yè)不斷發(fā)展下，電力產(chǎn)業(yè)作為一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)支柱，在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的快速提高方面發(fā)揮出重要作用。輸電線路作為電力系統(tǒng)不可缺少的一部分，主要負(fù)責(zé)向各個(gè)用電廠輸送電能。而高壓輸電線路在實(shí)際應(yīng)用中，存在輸電距離遠(yuǎn)、自然環(huán)境復(fù)雜等問題，一旦遇到惡劣天氣，會(huì)增加輸電線路運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此類原因，高壓輸電線路易發(fā)生故障，而若無法及時(shí)檢修，將對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及居民的生活產(chǎn)生重大的影響。為避免以上不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，相關(guān)人員要重視對(duì)高壓輸電線路故障定位技術(shù)的應(yīng)用，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地定位和處理高壓輸電線路故障問題，確保輸電線路正常運(yùn)行，盡量減小故障引起的損失。

2 高壓輸電電路故障類型

電力行業(yè)的發(fā)展，為工業(yè)提供源源不斷的電能，行業(yè)主要涉及發(fā)電環(huán)節(jié)、輸變環(huán)節(jié)，確保電能生產(chǎn)與消費(fèi)同步發(fā)展，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開統(tǒng)一調(diào)度分配方式的運(yùn)用。對(duì)于電力行業(yè)而言，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常問題，均增加供電中斷風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)內(nèi)電力行業(yè)目前取得良好發(fā)展成效，但在不良因素的影響下，一旦電力系統(tǒng)無法安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)出現(xiàn)電力系統(tǒng)崩潰事故，結(jié)合高壓輸電故障，以電路故障原因?yàn)閯澐謽?biāo)準(zhǔn)，將電路故障劃分如下。一是永久性故障類型。永久性故障類型主要是指在地基導(dǎo)體之間，多個(gè)導(dǎo)體出現(xiàn)短路故障問題，在外力的影響下，輸電線出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。二是臨時(shí)性故障類型主要是指在雷雨天氣下，由于電壓?jiǎn)栴}而導(dǎo)致線路出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，或者是在鳥類的影響下，導(dǎo)致導(dǎo)體出現(xiàn)接地反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)一系列線路故障問題。三是絕緣擊穿故障類型。絕緣擊穿故障類型主要是指由于線路出現(xiàn)明顯老化，降低線路絕緣性能，但是，當(dāng)電源絕緣擊穿處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線路短路問題。四是隱蔽性故障類型。隱蔽性故障類型通常為不可預(yù)測(cè)，當(dāng)逐漸發(fā)展為瞬時(shí)閃絡(luò)問題時(shí)，并不會(huì)在正常電壓影響下出現(xiàn)明顯擊穿現(xiàn)象。

3 常見的故障定位技術(shù)分析

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，高壓輸電線路故障定位中微機(jī)保護(hù)及故障錄波裝置均得到廣泛地使用。較為常用的故障定位方式包括：信號(hào)輸入法。當(dāng)高壓輸電線路出現(xiàn)故障，通過信號(hào)輸入法，可以將相關(guān)信號(hào)電流快速輸入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由檢測(cè)系統(tǒng)分析和檢測(cè)這些信號(hào)，確定具體故障位置；端點(diǎn)測(cè)量法。通過對(duì)線路斷點(diǎn)部位測(cè)出來的故障信息實(shí)施處理，可以快速、準(zhǔn)確地定位出該線路具體故障位置，這種方法主要包括阻抗法與行波法[1]。區(qū)段定位法在具體應(yīng)用中，需要借助故障探測(cè)器，觀察故障出現(xiàn)前后所對(duì)應(yīng)的信息變化，定位故障具體位置。如今，比較節(jié)省成本，且使用廣泛的方法為端點(diǎn)測(cè)量法。

3.1 行波法

在微電子技術(shù)的普及和應(yīng)用下，通過運(yùn)用GPS定位設(shè)備，可以保證行波測(cè)距法的實(shí)施效果。行波測(cè)距法在具體應(yīng)用中，被劃分成A、B、C、D、E、F 共6種常見方法，其中，A、C、D 三種行波測(cè)距法具有一定的泛用性。A 型是依據(jù)單端定位進(jìn)行測(cè)距，故障點(diǎn)在出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)行波，這組行波傳播至相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)之后，利用測(cè)量點(diǎn)母線，可以獲得相應(yīng)的行波，該行波直接傳輸?shù)焦收宵c(diǎn)，在指定的故障點(diǎn)發(fā)出反射信號(hào)，返回到原測(cè)量點(diǎn)，依據(jù)這一過程，測(cè)量至?xí)r間t、波速v就能依據(jù)式X，明確故障點(diǎn)之間的距離X。

C 型是依據(jù)單端定位的方式，如果輸電線路出現(xiàn)故障，定位裝置會(huì)在線路初始段注入高電壓、高頻率的脈沖電波，依據(jù)電波由注入點(diǎn)至故障點(diǎn)之間的往返時(shí)間t、電波速度v，進(jìn)一步確定故障所處位置X[2]。

D 型是根據(jù)雙端行波測(cè)距的方式，依托檢測(cè)輸電線路出現(xiàn)故障，即出現(xiàn)的初始行波波頭到達(dá)的時(shí)間，對(duì)故障實(shí)施準(zhǔn)確的定位[3]。這種方法主要運(yùn)用GPS 時(shí)鐘接收模，使兩端時(shí)間實(shí)現(xiàn)同步，進(jìn)而對(duì)故障距離進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。求解方法為：

式中：Xm代表輸電線路m端至故障點(diǎn)之間的距離；tm、tn分別代表故障初始行波波頭至m、n端時(shí)刻。

單端行波法定位方式在具體應(yīng)用中，要根據(jù)故障點(diǎn)出現(xiàn)的初始行波及反射波到檢測(cè)裝置點(diǎn)之間的時(shí)間差，用于對(duì)故障點(diǎn)實(shí)施精準(zhǔn)定位。加之，行波法使用中雖然依賴設(shè)備，但結(jié)果更精確。

3.2 阻抗法

阻抗法主要用于對(duì)高壓輸電線路具體故障位置的快速化、準(zhǔn)確化定位，如果離母線M 位置Lkm內(nèi)的F 點(diǎn)出現(xiàn)故障，故障點(diǎn)接地電路是Rf，M 位置檢測(cè)獲取電壓與電流的關(guān)系：

兩側(cè)故障的電流之和為：

M 一端測(cè)出相應(yīng)的阻抗：

阻抗法在實(shí)際使用時(shí)，要做好對(duì)故障輸電線路電流、電壓測(cè)量，參照測(cè)量結(jié)果，計(jì)算相應(yīng)阻抗，根據(jù)輸電線路長(zhǎng)度與阻抗之間的關(guān)系，運(yùn)用適當(dāng)方法，精確地計(jì)算出故障點(diǎn)距離。方法如下。一是代數(shù)法在具體應(yīng)用中，需要精確地計(jì)算出故障線路的電壓、電流值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，獲得相應(yīng)的故障點(diǎn)距離。通過運(yùn)用阻抗法，不僅可以簡(jiǎn)化高壓輸電線故障定位流程，還可提高定位精確度和高效性；二是智能法主要是在參照專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借助專家經(jīng)驗(yàn)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障定位法，保證相關(guān)知識(shí)處理效率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線路故障定位。在這個(gè)過程中，需要注意的是，要借助樣本學(xué)習(xí)法，獲取所需知識(shí)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位原理，對(duì)高壓輸電線路故障 進(jìn)行準(zhǔn)確查找和定位。

4 行波法的應(yīng)用步驟

行波法在具體應(yīng)用中，要運(yùn)用行波傳輸相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)輸電線路進(jìn)行測(cè)距，如果輸電線路發(fā)生故障，可能發(fā)生沿輸電線路存在故障行波，導(dǎo)致故障點(diǎn)出現(xiàn)折射問題，行波法行波傳輸理論進(jìn)行測(cè)距如圖1所示。必須注意，故障行波在實(shí)際傳輸時(shí)，一般會(huì)耗費(fèi)較多時(shí)間，采用上述時(shí)間就能求出故障距離。

圖1 行波法行波傳輸理論進(jìn)行測(cè)距

在對(duì)高壓輸電線路故障進(jìn)行測(cè)距時(shí)，行波法應(yīng)用大致需要經(jīng)歷下列過程：獲得行波、了解波頭、標(biāo)出行波抵達(dá)時(shí)間等。獲得行波：暫態(tài)行波可以覆蓋比較寬的頻帶，高達(dá)上千赫茲。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路實(shí)際暫態(tài)行波的實(shí)時(shí)觀察和了解，需要提高電流信號(hào)變換回路響應(yīng)速度。如果行波傳輸速度較高，與光速值相接近，為降低測(cè)距分辨率，需要將電流信號(hào)變換回路響應(yīng)時(shí)間控制為3.2us 內(nèi)。對(duì)于高壓輸電線路而言，其內(nèi)部安裝和應(yīng)用電容式電壓互感器，直接影響行波傳變，導(dǎo)致電壓行波難以得到充分利用。為解決此類問題，需要采用串聯(lián)的方式，將各個(gè)接地導(dǎo)線進(jìn)行有效連接，獲取暫態(tài)行波。同時(shí)，使用行波傳感器，根據(jù)CVT 接電線電流實(shí)施耦合處理，獲取故障行波。一般情況下，電流互感器會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)大的電流信號(hào)傳輸功能，以此滿足行波測(cè)距目標(biāo)。

4.1 準(zhǔn)確識(shí)別波頭

常用于識(shí)別波頭的方式包含：軟件及硬件法。傳統(tǒng)波頭檢測(cè)方法存在操作復(fù)雜、檢測(cè)精確度差等問題，難以滿足單端行波法故障點(diǎn)檢測(cè)需求，嚴(yán)重影響故障測(cè)距精準(zhǔn)度。針對(duì)這個(gè)問題，行內(nèi)研究人員提出了科學(xué)的解決策略。其中，HHT 方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以提升故障行波檢測(cè)質(zhì)量。與小波變換法比較，HHT 法不容易受外界因素干擾，可以立足信號(hào)自身特征完成分解，對(duì)基函數(shù)選擇并未提出特殊的要求[4]。但這種方法在應(yīng)用過程中也存在不足之處，如采集到的行波信號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中，很容易受到外界噪聲干擾和影響，對(duì)獲取精準(zhǔn)波頭帶來不良的影響。

4.2 確定相應(yīng)的波速

從現(xiàn)實(shí)情況分析，行波在實(shí)際傳輸環(huán)節(jié)極易受到不同類型因素的干擾，三相輸電線路中，行波傳播包含線模和地模分量。各項(xiàng)研究證實(shí)，影響地模、線模行波傳播的主要因素包含過渡電阻、換位點(diǎn)等。與地模比較，線模不容易受到影響，因此，線模更適合用來對(duì)故障進(jìn)行定位[5]。測(cè)距算法中，多數(shù)文獻(xiàn)挑選線模分量法對(duì)測(cè)距進(jìn)行計(jì)算。從波速視角分析，挑選線路實(shí)測(cè)參數(shù)求解相應(yīng)的波速。人為制造出來的信號(hào)，與之對(duì)應(yīng)測(cè)出輸電線路長(zhǎng)度，合理控制撓度引起的誤差，保障故障測(cè)距的準(zhǔn)確性。

5 實(shí)例分析

某地500kV 線路出現(xiàn)C 相故障跳閘事故，單相重合不良。M 站配置I0套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，I0=840A，L=158.75km，3I0=604A；N 站有兩套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，A、L=28.49km、Ie=2840A，整條線路長(zhǎng)度為105km，總塔數(shù)為222級(jí)，1號(hào)塔位設(shè)置在M 側(cè)，此時(shí)為雷雨天氣。此次故障兩側(cè)之間的保護(hù)測(cè)距之和是187km，明顯比線路自身長(zhǎng)度大，因此，判定為高阻接地。小波測(cè)距發(fā)現(xiàn)193號(hào)塔存在故障，通過定位顯示這一時(shí)刻前后5min 內(nèi)193號(hào)塔周邊無落雷。在故障發(fā)生時(shí)，M 與N 側(cè)零序電流之比是0.198，零序電流曲線信息見表1。

表1 零序電流曲線信息

通過估算比值，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)處在距離M 側(cè)約是全線的90%處，根據(jù)平均檔距進(jìn)行估算，小波測(cè)距結(jié)果則在M 側(cè)線路87%位置，二者基本吻合，這也表明小波測(cè)距結(jié)果是有效的?；诖?，這個(gè)點(diǎn)故障電流明顯比零序曲線電流小，巡線范圍控制在183～203號(hào)塔，重點(diǎn)設(shè)在193號(hào)塔，C 相。對(duì)線路進(jìn)行巡線發(fā)現(xiàn)，193號(hào)塔出現(xiàn)C 相導(dǎo)線對(duì)樹木放電的情況。

6 結(jié)語(yǔ)

通過運(yùn)用本文介紹的高壓輸電電路故障定位法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障的精確化查找和定位，極大地提高供電系統(tǒng)安全性、高效性，因此，相關(guān)人員要利用本文所提出的線路故障定位方法，做好輸電線路故障定位與測(cè)距工作，了解故障定位與測(cè)距的合理方法，從而獲得最科學(xué)的測(cè)距方法。