非接触式故障诊断系统在220 kV霍七二线故障上的应用

聂鹏高，孙政樑，焦政国，马立博，黄子恩

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台100073）

1 220kV霍七二线线路故障

1.1 220 kV霍七二线线路故障概述

2021年1月7 日6:58，220 kV霍七二线线路跳闸，经核实该故障位于七家庄终端站内，为霍七二线A相电缆终端故障，故障导致霍七二线B相终端、A相避雷器瓷裙损伤；霍七一线A相终端、A相避雷器瓷裙损伤。故障现场情况如图1所示。故障当日夜间最低气温为-21℃。

图1 霍七二线A相电缆终端绝缘子凝固

220 kV霍七二线架空段线路全长5.8 km，起于220 kV霍南变电站，终于七家庄电缆终端，资产属国网北京检修公司，物理杆塔18基。

1.2 220 kV霍七二线线路故障分析

通过对电缆终端进行解体试验以及仿真分析，得知：

电缆主绝缘发生径向击穿，故障点对应应力锥上端部位置；

绝缘油凝固后，应力锥与绝缘油界面间隙场强集中，形成向金属锥托放电的击穿通道；

是日夜间温度最低为-21℃，厂家选用硅油型号不适用于低温环境为本次硅油凝固原因。

综上所述，本次故障原因为绝缘油凝固后，应力锥上端部位置电场畸变，同时应力锥外表面绝缘电阻急剧降低，与金属锥托之间形成放电通路，最终导致故障发生。

2 故障判定及区间定位

2020年11月29 日，在霍七二线#1、#18杆塔安装了输电线路非接触式故障诊断终端，安装示意图如图2所示。

图2 霍七二线安装非接触式故障诊断终端示意图

2.1 故障判定及故障原因分析

输电线路监测终端于2021年1月7日6:58:26，在霍七一二线上监测到工频分闸电流波形，波形中故障电流增大约2个周期后归零，符合线路发生故障时工频电流特征，因此系统判断霍七一二线于2021年1月7日6:58:26，发生跳闸故障。

根据系统记录的电流波形，故障时刻电流行波波尾持续时间大于20 μs，符合非雷击特征。因此，此次霍七二线故障性质确定为非雷击故障。

2.2 故障区间定位

通过分析1#、18#杆塔安装的故障诊断装置收到的行波时间，可判断霍七二线故障发生的故障区间，从而定位故障的具体位置。

图4 18#杆塔故障诊断装置高频电流波形图

如图3～图5所示，故障跳闸时刻故障点电流行波从故障点传至#1杆塔故障诊断装置的时间为6:58:26.020327，行波从故障点传至#18杆塔故障诊断装置的时间为6:58:26.020292，两者时间差为35 μs。霍七二线#1杆塔与#18杆塔的距离为5.8 km，由此，可计算得出故障点距离#2杆塔5570 m，约等于#16杆塔到#1杆塔的距离，因此，此次霍七二线故障点为于霍七二线#16杆塔附近，如图6所示。

图3 1#杆塔故障诊断装置高频电流波形图

图5 故障诊断装置高频电流波形图

图6 故障点判断示意图

3 诊断系统误差分析

由故障巡视结果可知，霍七二线跳闸故障的实际故障点位于七家庄电缆终端，霍七二线18#杆塔处，非接触式故障诊断系统判断的故障点为霍七二线16#杆塔处。诊断系统与实际存在误差，定位误差为2基杆塔，误差距离为155 m。

3.1 故障区间判断错误原因

传统的接触式故障定位装置通过工频短路电流判断故障区间，当两监测终端监测到的故障电流极性相反时，判定故障位于区间内，反之位于区间外。非接触式故障监测装置监测的故障电流为安装点三相电流产生磁场的叠加，波形特征与装置离导线距离、导线排列方式以及装置相对三相导线之间的空间位置有关，测量到的霍七二线故障工频波形如图7所示。

图7 霍七二线#1、#18故障装置工频电流对比

由于故障工频未呈现出标准的极性相同特征，而是存在明显的相移，为谨慎起见，未采用工频电流判断故障区间的方法，而仅采纳行波定位的结果判断故障点。

3.2 故障点定位误差原因

故障点判断时，选择的波头如图8红线所示，计算结果判定故障点位于#16杆塔附近。

图8 故障点判断行波波头选取

实际波头标注应如图9所示，此时，计算故障点时，故障点位于霍七二线#18杆塔附近。当采用行波定位的方法判断故障点位置时，产生了2基杆塔偏差，分析误差的原因在于行波的波头选取存在了偏差。由于波形主波存在一定的分叉和毛刺，在波头识别和选取时有一定的误差，因此在故障点计算时，产生了定位偏差。

图9 故障点判断行波波头正确选取

综上所述，非接触式故障诊断系统在霍七二线故障点定位错误的原因如下：

非接触式装置监测的工频电流波形（实际为三相合成磁场）与导线排列、装置与三相导线之间的相对位置有关，因此，工频电流极性与故障区间的特征关系不如接触式监测装置明显，本次故障中未采用区间定位，仅采用了行波定位；

由于本次霍七二线故障点位于架空、电缆混架处，行波波头存在一定的分叉和毛刺，波头的标记存在一定的误差，造成故障点定位产生了两基塔距离的偏差。

4 结论与展望

近年来，随着行波故障测距理论的不断完善与更新，基于该原理的架空输电线路故障检测装置种类越来越多，按照安装位置可分为接触式和非接触式。架空输电线路故障点定位具有一定的综合性，采用故障行波的方法可有效提高故障判定的准备性，同时可明确故障类型，具有实用性和准确性。对架空输电线路故障判定及故障定位具有一定的指导意义。但同时由于该故障诊断系统具有一定的局限性，还存在故障定位精确度不足的问题，仍须要巡视人员现场判定故障点，并进行故障点确定，系统具有很大的改进空间。

随着经济发展，北京地区的电网结构将不断完善，缩短故障停电时间变得尤为重要。该非接触式故障检测装置，区别于接触式故障检测装置，不能简单凭两故障工频波形极性相同或相反与否判定故障区间，在后续故障区间判断时，可通过判断首波极性相同或相反来判定故障区间。

后续，可利用输电线路故障数据库，校验历次非接触故障检测装置首波极性与故障区间的相关性，从而准确地判定故障区间，进一步提高该系统对输电线路故障定位的准确性。