高压直流输电线路故障测距研究

罗高亮，仇攀

（青海万立建设有限公司，青海 西宁市 810001）

高压直流输电线路故障问题发生概率较高，为延长线路运行期间的全生命周期，需要细致分析引发高压直流输电线路故障问题的原因，结合此原因制定出专项可行的技术防控对策，确保高压直流输电线路运行期间的安全性及平稳性，确保与实际要求相符。

1 高压直流输电线路故障测距原理

由于高压直流输电线路运行环境极为复杂，在实际运行期间的故障发生概率更高。经过实际调查研究发现，高压直流输电线路故障问题主要体现在雷击、污秽、树枝倾倒等方面。

在高压直流输电线路保护装置检测到故障后会自动启动，达到预期定值，各项控制系统发出故障重启命令。测距设施需要在故障发生后与重启过程中的这段时间进行故障定位，为高压直流输电线路故障的解决节省时间并奠定坚实的技术基础。

高压直流输电线路故障测距原理主要就是借助线路模型，分析电气量及故障距离之间的关系。高压直流输电线路距离长，需要采用分布参数模型的方式，推导测距公式。

依照波动方程中的达朗贝尔解说原理，发现电压与电流需要由行波叠加形成。行波是与时间及距离密切相关的物理量，距离与传播时间就会受到波速的影响，因此需要固定观测点，借助行波到达的时间信息推算出实际传播距离，由于行波会在线路边界及故障点处来回反射，呈现出周期性变化规律，因此借助新的信号频率，也可以计算出线路连接到故障点之间的距离。

2 高压直流输电线路故障测距现状

随着社会经济与科学技术发展速度的不断加快，在高压直流输电线路故障测距工作中，也衍生出了多种故障测距技术，如行波测距技术、固有频率测距技术、故障分析技术等。

由于不同高压直流输电线路结构测距方程的切入点不同，因此测距方式体现出的优缺点也更加显著。要从根本上提高高压直流输电线路故障检修水平，从根本上提高故障测距效果，需要选择适宜的故障测距手段，不断优化故障测距方案。

具体而言，行波法测距结果的精准度高，但在实际应用期间经常会出现波头检测失败等问题；固有频率故障测距法，不需要检测波头，实际运行期间的稳定性强，但是，抗干扰能力较弱，经常会出现测距死区情况；故障分析方式应用期间的稳定性也较为显著，但在实际应用期间会受到模型精准度等因素影响，导致测距精度有限，实际计算工作量巨大。

利用分布参数线路的波动方程构造结构也可以对高压直流输电线路进行检测，但由于该技术多数应用在交直流输电线路测距中，因此实际测距水平无法得到根本保障。

因此，从一定角度上来说，现行高压直流输电线路测距技术在实际应用期间均会出现各类问题。为从根本上保障测距技术水平，及时发现与解决存在于高压直流输电线路运行过程中的故障位置，还应当结合线路实际运行需求，选择适宜的故障测距方案。

3 高压直流输电线路行波测距方式

直流输电线路行波测试过程中，需要明确故障点距离到M端距离、线路总体长度、行波波速度、初始行波到达M端及N端的测量点。双端行波原理测距过程如下图所示。

图1 双端行波原理测距过程

在使用行波法测距过程中，还需要关注交直流线路行波测距的共性问题。具体而言，交流及直流线路行波测距共性问题主要体现在行波波头识别、行波到达时刻的标定、波速度的确定等。

在波头识别过程中，需要识别线路两侧初始行波的波头，配合使用导数法、小波转换法、数字形态发动方式，有效解决波头识别期间存在的端点效应、模态混叠等问题。

在开展波头到达时刻的标点工作中，由于行波具有色散效应，会导致波头变缓，因此，需要结合高压直流输电线路运行的特征，制定出专项可行的问题解决方案。将行波信号分解到各个频带，要求各频带中的衰减系数与波速度为常数，选取行波信号中能量相对集中的波带进行测距。配合使用拟合技术方式，将传播系数表示出来，从而对畸变后的行波波头进行矫正处理。

注重对波速度进行严格管控。依照高压直流输电线路行波单端或双端技术原理，对波速度进行精准计算，以便快速找寻到故障发生位置。在安装行波测距装置过程中，应当采用经验值与检测方式相结合的方式确定波速度、增加测距波头数量，借据分布式行波测距原理，从根本上提升波速度在线检测水平。

与其他故障测距技术相比，行波测距技术被更加广泛地应用在高压直流输电线路故障定位中，是当前精准度最高的测距算法。国家及有关部门针对行波测距装置颁布了较为详细的行业标准，使测距装置的最大误差控制在3千米。但由于线路边界控制不当，也会导致波头畸变问题，因此需要对行波检测技术手段进行进一步完善与优化。

4 高压直流输电线路固有频率测距方式

4.1 固有频率测距方式原理

固有频率测距方式最早诞生于20世纪70年代末，基于故障行波频谱、故障距离及线路终端结构。在频率成分组成的行波波谱内，频率成分可以体现出故障波谱的固有频率，最低频占有的比重最大，是行波波谱的主要组成部分，在线路中端为开路状态下，行波波谱与故障距离数值存在确定的函数关系。

在使用故障频率测距方式期间，需要注重收集故障距离、第N次故障频率、下线路末端及故障点处的反射角、具体取值与固有频率的次数有关。

4.2 固有频率测距技术应用现状

固有频率测距技术应用在高压直流输电线路中，还需要注重保障固有频率数值的精准度。现阶段应用在行波固有频率计算中的方法主要为傅里叶变换法、多信号分类算法、小波变换法等。由于高压直流输电线路外部边界较为复杂，对测距数据的精度影响较大。

与行波测距方式对比分析，固有频率方式不必进行波头识别，因此可以规避波头识别与波头标定期间的误差问题。但在存在干扰信号的情况下，信号产生的多个频点能量会高出固有频率能量，导致测距结果出现误差问题。

5 高压直流输电线路故障分析测距方式

依照高压直流输电线路距离长、直流电气量不具备工作频率的特征，在开展高压直流输电线路故障分析测序工作过程中，需要配合使用分布参数模型，利用时域量故障分析的方式进行故障测距工作。

在使用故障分析测距方式过程中，需要细致分析故障条件下电压及电流的沿线分布特征，以求出故障点位置。借助沿线电压分布的直流输电线路双端测距算法，从根本上提升故障分析结果的精准度、故障分析测距方式需要利用输电线路波动方程，得出电气量的沿线分布数值，输电线路模型误差问题是导致分析结果不精准的重要因素之一。因此为从根本上提升故障分析测距技术在实际应用期间的可行性，还需要配合使用时域故障分析方式，改善线路参数不准确问题。

通过分析不同高压直流输电线路故障测距手段，发现固有频率及故障分析方式当前处于仿真研究阶段，为从根本上提升故障测距结果的精准度，还需要将此两种技术作为行波测距的辅助算法，以切实保障测量结果的精准度，形成更加完善的组合测距模式。通过引进更加先进的故障测距设施，使测距结果能够真实反映出直流输电线路实际故障问题，为后续故障维护方案的制定提供重要理论依据。

6 结语

总而言之，通过细致研究高压直流输电线路运行现状，发现导致线路故障问题的原因较为复杂。为从根本上提高高压直流输电线路运行水平，还需要细致分析不同故障测距技术应用效果，从根本上保障故障测距结果的全面性及精准性。具体来说，行波测距方式发展较为成熟，但存在检测结果可靠性较差、精度有待提升等问题；固有频率与故障分析方式的稳定效果好，但是存在检测死区的问题。为切实保障高压直流输电线路检测水平，还需要重点关注故障测距技术的优化工作，研发出更多的组合测距技术。