高压直流输电线路故障定位技术

聂荣镇等

【摘 要】直流输电与交流输电是高压输电系统运行过程中的两种输电方式，在实际运行过程中，由于直流输电具有较大的输电容量，并且通常需要经过长距离的传输，导致其很容易出现输电线路故障，及时做好其故障定位并予以有效的处理非常的必要，本文就主要对常见的高压直流数显线路故障及相关的故障定位技术予以简单分析。

【关键词】高压直流 输电线路 故障定位技术

在高压直流系统运行过程中，其中故障率最高的元件就是直流系统故障，尤其是在一些地形复杂的地区，在远距离的传输过程中，很容易受到树枝、污秽、雷击等环境因素的影响，导致线路绝缘水平的降低，从而导致线路发生闪络、对地故障等，而由于其线路传输距离远，所经过的地形条件复杂，一旦其发生故障，在故障点的查找过程中具有很大难度，加大故障定位技术的研究力度，以便于快速准确的做好高压直流输电线路的故障定位工作是非常必要的。

1 常见的高压直流输电线路故障

高压直流输电线路具有传输距离远，所经过地形条件复杂的特点，并且输电线路是直接在空气中裸露，没有相关的保护措施，受到各方面因素的影响，很容易发生各种故障，其中最为常见的故障就是对地闪络、雷击等故障，具体表现为：（1）对地闪络，通常情况下高压直流输电线路中都有很多杆塔，并且在杆塔上配备有相应的绝缘，但是由于输电线路在运行过程中是直接在空气中裸露，污秽、树枝、雪、雾等一些自然环境因素不可避免的会对杆塔的绝缘产生影响，长期以来，杆塔会遭到一定程度的破坏，很容易导致对地闪络现象的发生，发生对地闪络之后，若不能及时采取有效的措施进行处理，就会导致出现熄弧困难的现象，在这种的运行状态下，一旦线路发生相应的故障，很容易导致线路电压出现突变，线路就会发生放电现象，从而对整个高压直流输电系统的正常运行产生严重影响；（2）雷击故障，由于直流输电线路包含有两个电压极性相反的极，在同性相斥、异性相吸的基本原理的下，点云很容易向不通极性的直流极线放电，一旦在相同的地点处于两个极，那么会导致另外两个极同时遭受雷击的可能性大大增加，通常情况，直流输电线路遭受雷击的实际非常的短，但就是在这个非常短的时间内，会导致直流电压的迅速升高，在这个电压升高的过程中，若其电压数值超出了雷击处绝缘所能够承受的数值，那么直流输电线路出现相应的故障的概率就会大大增加；（3）其他故障，上文中所述的两种故障是高压直流输电线路运行过程中最为常见的两种故障，但是高压直流输电线路运行过程中所出现的故障绝不是仅限于这两种，还有直流线路短线、高阻接地等多种故障，但是不管是何种类型的故障，一旦故障发生，都应该及时采取有效的措施进行处理，否则由于故障所造成的后果是非常严重的。

2 高压直流线路故障定位技术研究现状

交流输电与直流输电是目前主要的两种输电模式，交流输电线路与直流输电线路的物质本质并没有什么不同，但是二者的能量集中频带存在明显的差别，目前的相关研究中，有关交流输电线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术都适用于直流输电线路的故障定位。有关直流输电线路故障定位的设备，目前最为常用的定位原理就是行波原理，虽然交流输电线路故障定位技术有多种，但是只有其中一部分能够应用于直流输电线路故障定位工作中，这主要是因为，直流输电线路通常比较长，其与交流输电线路相比，存在明显的分布参数特性，为了保证其故障定位的准确度，通常是需要应用分布参数模型的；并且直流线路主要是进行低频能量的传输，一旦输电线路发生相应的故障，将会导致其无法拥有稳定的工频量，在开展直流输电线路故障定位工作的过程中，就不能应用基于工频量的频域法故障定位原理开展故障定位。总体上来讲，由于直流输电线路故障定位需要应用到分布参数模型，并且不能应用基于工频量的频域法开展故障定位，因此其故障定位工作通常是在时域中进行，因此目前常用的直流输电线路故障定位技术有基于分布参数模型的单端、两端量故障分析法以及应用单端与两端量开展故障定位的行波法。

3 常见的高压直流输电线路故障定位技术

3.1 直流输电线路行波故障定位技术

行波故障定位技术起初是应用于交流输电线路故障定位工作中，上世纪四十年代，行波定位技术由此产生，在开展相关研究的过程中发现，暂态的行波在传播的过程中，速度是非常稳定的，但是一旦线路发生相应故障，就会导致暂态行波只能在母线与故障点之间进行传播，因此，可以通过暂态行波的传播时间及出现故障的距离来判断故障点。理想状态下，线路的类型、线路两侧的系统以及线路的故障电阻都不会对行波法测距产生影响，因此应用行波法测距具有良好的可靠性，并且其测量精度比较高。尽管行波法具有诸多的优点，但是其也存在一些资深的缺陷性，如：线路所产生的故障行波具有明显的不确定性，并且在超高速采样频率、行波信号的提取等方面存在较大的难度。在将行波故障定位技术应用于直流输电线路的故障定位工作中，与交流输电线路故障定位相比，存在明显的优势，主要表现为：（1）行波定位的故障初相角不会对直流线路产生明显的影响；（2）在直流输电线路运行过程中，其母线结构通常不会发生相应的变化，并且系统只存在一条出线，不需要与其他线路进行分辨，在进行某一条线路故障定位的过程中，不会对其他线路的故障定位产生影响。正因为，将行波法故障定位技术应用直流输电线路故障定位工作中具有这两方面的优点，使得其在高压直流输电线路故障定位工作中具有广泛的应用。

对目前高压直流输电线路故障定位工作中常用的行波法故障定位技术进行简单分析，发现其主要存在两种行波故障测距基本原理，其中一种是D型双端原理，另一种是A型单端原理，在实际的故障定位应用工作中，最为常用的为D型双端原理。在实际的故障定位工作中，行波故障定位技术最核心的内容为标定波头起始时刻以及波头的识别，这就对相关工作人员提出了较高的要求，尤其是在波头识别的过程中，相关的工作人员必须要能够具备较高的专业素质，这也使得这一工作具有较强的主观性，自动化实现起来具有较大难度，但是若在实际的故障定位工作中，行波波头幅值及过渡电阻受到限制，就会导致定位的精度与可靠性受到较大的影响，故障定位位置的准确性也就难以得到保证，因此，在实际的高压直流输电线路故障定位工作中，若单纯的应用行波故障定位技术，是难以保证其定位结果的可靠性的。

3.2 直流输电线路故障分析法故障定位技术

故障分析法主要是依据相关测量结果及参数得到电流、电压等值，通过分析计算的方法，对故障点的距离开展计算，与其他方法相比，故障分析法是一种比较简单的故障定位方法，可行性比较强，在实际应用中，若要完成对故障点距离的测量，通过先用的故障录波器就能够很好的完成。在故障分析法中，单端量法、双端量法是两种常用的方法，在实际操作过程中，单端量法操作起来比较方便，但是起适用范围比较窄，在本侧信息中使用起来比较方便，但是不可避免的会对对侧系统产生一定的影响；若应用双端量法，不会产生互相影响的问题，但是在实际操作过程中，若想要成功的获取对侧信息，还需要借助于其他通信技术，在这一过程中，会产生大量的同步数据，导致整个计算的计算量非常的大。尽管如此，故障分析法还具有本身特有的优点，其与其他故障定位技术相比具有很强的可靠性，对于采样的要求也是比较低的，但是其缺点是其受到线路参数精度的影响比较大，其在精度上要比行波故障定位技术要差。

在对直流输电线路的故障进行定位时、故障分析法采用的是基于分布参数模型的时域法、这种方法具有非常大的优势、在故障发生的整个过程中、会产生许多数据、这些数据都可以用来定位、在进行测距时、时域-频域之间无需进行转换。基于这些优点、在未来的直流输电线路故障定位中、故障分析法将会成为发展趋势。故障分析法在进行故障定位时、所采用的方法为时域法、通过时域法、任一段暂态数据都可以用来进行故障定位、这对于行波故障定位的方法来说、具有更为广阔的定位空间。并且时域法所需要进行的采样率比较低、可靠性比较高、在实际的直流电路故障定位中、具有非常高的实用价值。因此、应该大力推广故障分析法的发展及应用。

4 结语

由上文分析可知，由于直流输电线路与交流输电线路并无本质区别，只是能量集中频带不同。理论上，交流线路的部分故障定位原理也适用于直流线路。直流系统故障暂态过程中含有大量的特征频率信号，可研究基于特征频率的故障定位原理。基于时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谐波影响，可研究适用于直流输电线路的时域故障定位原理。另外，可研究直流线路故障定位中线路参数不精确及其频变特性问题、故障电弧特性问题的解决措施。充分利用直流输电线路故障特征，可构建多种故障定位原理，从而提高直流线路故障定位的可靠性和准确性。

参考文献：

[1] 宋国兵，蔡新雷，高淑萍，等.高压直流输电线路故障定位研究综述[J].电力系统保护与控制，2012（5）.

[2] 陈仕龙，张杰，毕贵红 等.一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法[J].电力系统保护与控制，2014（10）.

[3] 廖凯，何正友，李小鹏.基于行波固有频率的高压直流输电线路故障定位[J].电力系统自动化，2013（3）.

[4] 刘诚斌.关于高压直流输电线路的故障定位分析[J].科技视界，2015（4）.