高频波形架空线路短路故障中特征量监测的故障诊断

文/刘忆鲁 刘长银 侯艳权 赵晨宇

1 输电线路分布式故障诊断系统简介

在本次研究中通过采用架空线路分布式故障诊断系统，能够实现针对输电线路的精准定位，更能够有效实现对该故障原因的功能辨识。在这一系统架构主要组成包括了客户端、监测装置、中心站，针对监测点的布设通过按照间隔20km，分别保证监测点于A、B、C三相完成各自一台监测装置的安装。对于采集的具体波形信号在监测装置，经由GPRS无线网将有关信号传输至数据中心。之后数据中心经过对具体波形信号加以分析，完成故障诊断。客户端则可以经由Internet实现对数据中心的实时访问，突破时空局限对故障问题实时查询，以查询所得结果及时对故障巡线的故障处理工作落实安排。

2 短路故障特征量监测辨识原理

对于不同类别的故障原因分析其不同波形，可以发现：

（1）出现雷击故障情况下，雷云在经由主放电通路注入至架空线路能量之后，在绝缘子组件传输介导下发生闪络，出现了传输故障行波问题；

（2）并未出现雷击故障情况下，通过将故障点等效视为注入反向于系统电压的直流电压源。针对如上出现的两种短路故障情况，最终形成的故障特征行波均存在较大不同。

通过在本次研究中提出借助短路故障的特征量监测，对雷击故障情况加以辨识，假若波尾的具体时间在40μs以内，那么便证明为雷击故障，假若超出40μs，则表示并未雷击故障情况。在运用这一方法中整体诊断思路极为清晰，且物理概念也较为明确，并未需要对其完成大量计算。通过借助全面细致化的仿真验证计算，能够有效得出运用于输电线路的故障原因有效辨识。

3 定准故障定位原理

在本次研究中通过借助分布式故障波形诊断监测装置，实现对架空线路的不同区间合理划分，完成了不同区间内的行波具体定位，进而精准定位输电线路的短路故障问题。在输电线路出现跳闸故障情况下，所产生了两大信号电流监测时，具体故障点的信号监测装置，记录的具体工频故障电流信号等同方向，对于故障所在点的两侧工频信号记录方向是相反的。假若两个故障监测点的区间长度高达L，那么在故障监测点的发生A点，所距离M点为L1，距离M+1该监测点的距离为L2。

针对产生的线路故障问题，计算故障点与监测点1、监测点2之间的距离，公式如下：

式中：由故障点至M之间的行波电流具体时间假定为t1、由故障点至M+1的行波电流具体时间假定为t2，线路中的行波速率假定为V。

在GPS下具体提供的精准相对时间t1，t2作为能够定位所得的故障点至监测点之间产生的主要距离，因而所致达到定位目的。输电线路的故障情况产生，在变电站及电流信号监测设备之间，因此记录了等同装置的共品电流信号方向，行波电流传播情况。借助如下公式（3）能够对故障点的所在位置准确计算。

式中：距离故障点的最近变电站行波传播距离，监测点实现的最终故障所在点监测电传行波，以及最近变电站的具体反射故障行波两者之间差值假定为△t；介质中的故障行波具体传播速率假定为V。

4 应用实例

于2016年8月25日，在某地一条220kV的输电线路出现突发跳闸故障情况，输电线路分布式故障定位，对该线路的终端及时动作展开监测，经监测发现出现故障问题时产生了高频暂态电流波形，对于该故障情况的产生最终确定是雷击故障情况。对于故障点的监测定位最终确定是50号杆塔。该条线路在25日当天所产生的突然跳闸故障情况时，具体的高频暂态电流波形，发现波尾在10μs左右，（在低于40μs情况依照上文所述），输电线路的分布式故障定位最终终端监测，判定该故障为雷击故障。进一步对出现雷击故障情况的精确时间确定为14:14:21319毫秒，经过对雷电定位的系统数据加以查询，发现在这一阶段的线路走廊出现过一次落雷情况，且雷电流的最终幅值相较耐雷水平明显超出，也证实此次发生的故障问题确是雷击故障。

在#85杆塔中的安装终端监测设备，经运行监测发现最终所测故障问题电流行波波形。对于该波形情况的记录，主要是对于行波故障电流，于变电站距离故障点的反折射所致，经过故障点发出行波电流之后，经由#85号杆塔终端监测装置，之后在途径故障点及变电站的多次反折后，再次经过#85号杆塔。而该杆塔的所在位置，处于变电站的出口第一基，处于T1及T2这两个不同时段下，实现的波头重新叠加。由上图可以发现，行波电流由原本故障点距离#85号杆塔，实现的行波电流时间在112μs，而故障点距离#85号杆塔两者之间约16.2km距离，经计算可以发现约等于#50号杆塔距离#85号杆塔。那么最终即判定了故障点的监测准确位置在#50号杆塔附近区域。

经雷电的定位系统结果，通过对雷电的落雷定位时间确定是2016年8月25日14:14:21319毫秒，相距最近距离为#48～49号杆塔，一致于本次系统的最终故障诊断结果，也进一步证实了基于短路故障特征量监测的故障高频波形架空线路故障诊断结果精准性。通过依据排查现场的故障问题，能够发现线路的#50号杆塔，在测绝缘子碗口出现跳线放电痕迹情况，进一步判定了本次引发突然跳闸故障为雷击故障。

5 结语

在本次研究中通过提出了基于短路故障特征量监测的故障高频波形架空线路故障诊断方案，经过本次研究结合案例，发现针对220kV架空线路，展开精准故障定位及原因辨识，在现场巡线之后发展结果准确度较高，对短路故障的特征量监测此方法论证可行，能够对波形畸变及衰减故障问题有效克服，进而对故障高频波形架空线路的诊断可靠性及准确性有效提升。