高压直流输电线路故障定位技术及应用实践微探

张磊　王启程

摘 要：在高压直流系统中，直流输电线路的故障率最高，其中常见的故障是因树枝、污秽或雷击等环境因素所致的闪络和对地故障。这将降低直流输电的可靠性。鉴于高压直流输电线路故障点的找寻困难，则需引入可靠且准确的故障定位技术。据此，结合相关知识，介绍了几种常用的高压直流输电线路故障定位技术。

关键词：高压直流输电线路；故障定位技术；小波变换法；数学形态法

中图分类号：TM755 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.142

直流输电线路具有距离长、工作条件差、故障率高及故障巡线难度大等特点。为了快速且准确地找到故障点，要求从客观实际出发来选用故障定位技术，其中较为常用的高压直流输电线路故障定位方法包括行波定位法、故障分析法2种。本文，笔者以行波定位法为例展开讨论，即分别包括小波变换法、数字形态法、希尔伯特-黄变换法、独立分量法和固有频率法等。

1 小波变换法

小波变换法的时域局部化性能较好，其可在任一时间段（时长短）内给出相应行波信号的频率，则可准确且快速地找出行波的波头。据此，在高压直流输电线路故障定位时，可用小波变换法来提取故障行波的特点及消除行波色散对测距精度的影响。但在这一过程中，需以行波特点为依据来选取相应的分解尺度和小波基。另外，亦可用小波变换法来提取高频暂态信号，如此便可通过查找故障极线路来辨识故障极初始电流的行波波头，继而利用小波变换的模极大值来定位两端的行波故障。一般而言，可将小波变换法运用在单、双级高压直流输电线路中。但在实际应用中，需将小波基的类型、数据窗口的宽度、信号的分解尺度与采样率及积分运算等考虑其中。如果判定小波基不具备自适应性，则不得在故障定位分析时用一组小波基。

2 数学形态法

作为非线性分析法，数学形态法在检测滤波和信号突变点时更具优势。在实际应用中，数学形态法的表现形式多样，主要有以下2种：①故障线路辨识测距法，其是运用数学形态学来多分辨形态梯度处理故障的暂态电压行波。应用表明，这一快速行波波头检测方法的测距精度较高以及对噪音的鲁棒性较好。②多尺度滤波算法，其是运用数学形态学来保护行波及准确识别行波波头。总之，基于数学形态学的高压直流输电线路故障定位方法既可准确区分故障与非故障线路，又可准确定位故障，同时运用数学形态学来对双向电压行波浪涌进行变换分离，既可得到暂态行波突变点的相应时刻，又可提高抗干扰性。但在形态运算中，数学形态学的运算结果取决于结构元素的大小和形态，则在选择结构元素时，应将干扰信号、原始信号及需保持图形的实际要求等考虑其中。

3 希尔伯特-黄变换法

作为一种新的信号处理方法，希尔伯特-黄变换法（以下简称“希尔伯特-黄”）可用来处理非平稳、非线性信号。针对希尔伯特-黄的应用研究，具体表现在以下几方面：①在行波波头检测中，可运用波尔波特-黄来算出故障距离；②在时域中，希尔伯特-黄可以信号为依据来实现自适应分解，无需选取分解尺度和奇函数；③在高压直流输电行波保护中，可运用希尔伯特-黄提供的思路来分析行波波形，同时根据直流线路低电压等判据来建构直流输电线路行波保护方案；④在EMD分解时，需将包络线拟合与分解的端点问题考虑其中，并据此改进算法，即用3次样条插值来完成拟合及用极值镜像延拓来对端点效应进行消除处理。

4 独立分析法

作为一种盲源分离方法，独立分量法在实际应用中具有如下特点：①鉴于独立分析法对目标和环境的要求较低，则在提取特征、识别语音等方面表现出可观的应用价值；②运用FastICA算法来分离多通道传感器提供的直流电流与电压信号的盲源，可恢复经去噪处理的系统故障源信号，如此便可提取出故障的特征；③运用FastICA算法来处理直流线路故障电流信号，可将电流特征信号分离，可测出行波波头的初始值及第二个行波波头何时抵达测量点，可判定极性关系，并最终完成故障测距。但需注意的是，独立分量法受限于如下条件，即源信号间应保持相互独立关系，且高斯信号至多有一个。

5 固有频率法

鉴于直流输电线路为单一线路，则可通过提取固有频率来进行故障测距。其中，针对高压直流输电线路固有频率的提取，可运用参数频率估计方法，即故障行波具备谐波的相关特征，则可运用以（衰减）正弦谐波模型为依据的参数频率估计方法来提取行波固有频率。在实际应用中，固有频率法的应用特点包括以下几个：①直流输电线路故障的距离与其行波频谱间具有数学关系，可从故障行波频谱的角度来进行故障测距；②以行波固有频率为依据的测距方法一般不受限于行波波头的识别，则通过分析暂态电压的频谱，便可获得行波固有频率的成分及实现故障测距；③根据线路两端数据，运用Prony算法便可完成行波固有频率的提取，继而实现故障定位；④可将固有频率法与行波法组合成一种新的高压直流输电线路故障定位方法——单端行波故障测距法，如此通过分解集成检验模态来完成行波高频分量的提取，同时通过识别行波波头来提取时间参数，从而完成行波波速的选取。

6 结束语

在高壓直流输电线路故障定位中，行波定位法的运用效果显著。但在实际应用中，还需攻克如下技术难题：①在行波波头发生故障时，行波故障定位方法将会失效；②行波故障定位精度主要与波速度、采样频率等有关，则在实际应用中，应控制好波速的变化及选用采样频率较高的行波测距装置；③在行波故障定位时，要求安排专业人员来识别行波波头。总之，高压直流输电线路故障定位极具复杂性，应以故障特点及技术特点为依据来选择最佳的故障定位技术。

参考文献

[1]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（03）：104-109.

[2]刘可真，束洪春，于继来，等.±800 kV特高压直流输电线路故障定位小波能量谱神经网络识别法[J].电力自动化设备，2014（04）：141-147，154.

〔编辑：刘晓芳〕