高压输电线路故障定位技术对电网安全运行的影响

吴耀辉

摘要：我国电网发展结构复杂，国家电网公司规划提出到2020年基本建成安全可靠，清洁环保的智能电网体系。智能电网发展规划使电力系统迈入跨区域的大电网时代。我国电网着力解决能源供应问题，大力建设高压骨干网络，随着特高压工程建设，电网中安装各种控制装置，如高压直流输电装置及清洁能源并网，使电网动态化，用户对电网安全、经济运行要求提高，受到自然条件的影响，电力系统发生故障，不能及时判断处理会扩大故障，对国民经济造成巨大损失。大范围停电事故中主要原因是电网运行小故障未引起重视，所以只有加强电网运行监测，才能根据故障迅速采取措施恢复供电，保证电网安全运行。快速准确定位故障发生位置对电力系统稳定运行具有重要意义。

关键词：高压输电线路;故障定位技术;电网安全;影响

随着电力系统的发展，特高压输电线路会越来越多，输电线路特高压分布式故障定位装置的应用需求会越来越多。设计开发输电线路特高压分布式故障定位装置，保证其装置的可靠性对输电线路的故障定位及预警有着重要的意义。

1输电线路故障定位技术的作用

在电网维护当中输电线路故障定位技术有着很重要的作用，其主要表现在3个方面：1）能够节约时间。输电线路故障定位技术的合理应用在一定意义上能够使得运行维护人员能够快速确定故障点，使维修人员减少巡线时间。2）降低经济损失。在输电线路当中如果产生故障，难免会带来相应的经济损失，故障定位技术的合理应用能够让运行维护人员在对故障点确定之后及时地排除和维修，降低经济损失。3）能够对线路薄弱点实施合理的分析。输电线路有时会产生瞬时故障都是产生在线路的薄弱部位，而故障定位技术的应用使得运行维护人员能够及时对薄弱部位进行分析，从而采用科学合理的措施实施保护，避免其产生永久故障，使得线路维护成本降低，将输电线路的安全以及稳定性不断提升。

2高压输电线路故障类型

电力行业是工业的基本动力，包括发电、输变电等环节，电能生产与消费同时进行，需要统一调度分配，电力行业任意环节出现故障会导致供电中断，造成巨大的经济损失。我国电力行业迅猛发展，影响系统安全运行的因素逐步显现，国内外发生大量高压输电线路故障诱发的系统瓦解事故，依据高压输电线故障发生的原因可分为永久性故障、隐性故障。永久性故障是多个导体对地基导体间的短路故障，外力对输电线造成机械性损害。瞬时性故障是因雷电等过电压引起闪络，可能因鸟类造成导体对地，发生故障可进行重合闸。绝缘击穿多因老化等原因造成线路绝缘性能下降，正常运行的电压绝缘击穿造成短路，故障切除后无明显破坏迹象。隐性故障发展到瞬时闪络不可预测，在正常电压下不击穿。依据故障形式可分为三相短路，两相接地短路与断相故障。单向接地孤航为电力系统出现次数最多的故障类型。

3高压输电线路故障定位方法

3.1单端行波定位

单端行波法只需利用线路一端的电量来确定故障点的位置。单端法通常需要捕捉故障电流中的前两个行波头。对于故障安装装置，故障行波中的第一行波头必须是从故障点传播到测量装置一端的行波。当故障点距离故障定位装置一端的总线较另一端的总线较远时，故障行波中的第二行波头是另一端总线的反射行波，但当故障点较近时，故障行波的第二行波头由故障装置安装点与总线之间的反射。为了区分这两种类型的行波头，单端法通常需要在捕获行波头时识别行波极性。根据第二行波头与初始波头极性的关系，结合母线结构形式，确定第二行波头是来自故障点还是反射到端母线，实现故障定位。

3.2双端行波定位

双端行波结合了线路两端的故障特征，由故障点向线路两端传播的行波会在故障发生后产生，通过在线路两端安装行波检测装置，故障时安装在线路两端的测量装置检测到的行波初始波头均是由故障点传播过来的，仅需利用两端初始行波的时间就能确定故障点位置。与单端行波法相比较而言，双端行波法在捕获行波波头时刻上显然更为准确可靠，这一方法不需要辨识行波的极性，不会存在波頭性质混合不清的情况，但是双端法需要在线路两端采样时间严格同步的基础上才能保持更高的测距精度，当故障采集装置的采样频率设置为1MHz时，若双端测量装置的时间同步误差为一个采样时间周期，即1个微秒，此时将导致150m的测距误差，可见，双端法对线路两端行波测距装置同步时间的精度要求很高。与单端法相比较，双端法的定位结果会受到双端不同步的影响，但随着GPS技术的进一步发展，双端同步的精度也越来越高，并且同步的稳定性也越来越好，因此，就故障定位效果而言，双端法要好于单端法，同时双端法不需要检测行波的极性，不会受到母线和出线结构和方式的影响，故障定位结果更为可靠。

3.3故障杆号区段按照设备特殊区域进行预测

每一行的地域差异，恶劣的天气是一个时间线跳闸事故常常发生，所以每一条线都将受到不同程度的影响。如夏季雷雨天时大多数出现在电路故障，和塔是最易受雷击的地方，要注意的检查;如在风雨或无雨的天气，你必须检查周围的树木，建筑和特殊的塔，尤其是塔的失败之前发生的;如果天气在井发生了故障，将各付各道路交叉点和容易损坏的区域重点检查;如果故障发生在雾，雾区探索塔。

4高压输电线路故障定位方法对比

根据工程实际应用，提出了输电线路故障测距方法的经济性和精度要求，并选择了合适的故障测距方法。近年来，大批专家不断研究，出现了大量故障测距仪，投入实际生产和应用，具有可行性高、操作方便等优点。虽然智能方法具有响应速度快、计算精度高的特点，但研究尚处于起步阶段，相关理论研究尚处于发展阶段，专家系统存在获取知识的瓶颈问题，神经网络的缺点是难以通过硬件实现其功能。

具体的定位方法可以通过电气测量得到故障点的位置。分段定位法的定位精度受到信号的干扰。小电流接地故障检测的推拿效果不理想，无法得到具体位置。馈线终端单元（FTU）只适用于配电自动化网络，不能大面积使用。终端法贯穿于输电线路故障测距方法的发展，并取得了丰富的实践经验。信号注入法利用有源输入信号实现不受消弧线圈影响的定位。在实际应用中存在一些不足。信号强度受变压器容量的限制，查找故障点的时间长，可能导致系统第二点接地自动跳闸。电力系统中负载种类繁多，使得干扰信号的测量接近注入信号。

阻抗法简单易行，但不考虑过渡电阻、故障暂态谐波和线路参数的影响，需要考虑工频基波、三相对称性等条件。电路结构的不对称性和故障点的过渡电阻对测量精度影响很大。不适用于同杆串联补偿电容双回线路的故障定位。

结论

随着社会发展，单一的故障定位算法将难以满足快速、精准定位的要求，采取不同原理的定位方法进行综合故障定位可能会更快速、更准确，故障定位研究之路将继续。

参考文献：

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