基于输电线路分布式故障仪安装技术研究*

王 勇,石 磊

(国网甘肃省电力公司酒泉供电公司输电运检中心，甘肃 酒泉 735000)

0 引 言

我国经济的迅速发展，大大增加了电力需求，输电线路作为电路基础设施得到大力发展，但受环境、地理、气候等因素影响，线路输电需要跨越高岭、江海和雪山，经受雨雪、台风、寒冷和高温等，且随着电压等级的提升，输送容量不断加大，极易发生线路故障。迅速排查输电线路故障，查找故障原因，是输电线路保障电力系统安全、经济、稳定运行亟需解决的难题[1]。

传统输电线路故障排查需要依靠人工巡视经验查找，其故障排查效率与准确性较低，同时还会消耗大量的人力、物力、财力，严重影响了其经济性。近年来，输电线路故障诊断系统已应用于各个电网[2-4]，通过变电站内录波信息推测故障位置，虽提高了输电线路故障排查效率，但线路故障仍无法精确定位。分布式故障诊断仪在线路发生故障时，能够迅速测量故障距离，准确锁定故障点，诊断故障发生原因，以此有效提高输电线路故障运维巡检效率[5]。

以往输电线路安装分布式故障仪的技术方法由于导线晃动和自身平衡等各种因素存在严重的安全隐患问题。基于此，笔者提出一种轻型托架的新型输电线路分布式故障仪安装技术，以技术为手段，解决目前暴露在输电线路安装分布式故障诊断仪中的安全隐患问题。

1 分布式故障仪技术原理

分布式故障仪是在划分的若干个输电线路区间内安装分布式诊断仪，通过监测工频故障电流和行波电流，运用分布式双端、单端和双闸等多种行波定位技术进行输电线路故障定位，从而提高定位精度，锁定故障点，分析故障波形，判断故障类型，提高安装运维效率[6-7]。

输电线路发生故障后，故障点同端的工频故障电流的相位相同，而两端的工频故障电流的相位则相反，安装的分布式诊断仪通过分析短路电流相位信息特点来判断故障区域，其故障检测示意图如图1。确定故障区间后，采用多种分布式行波测量技术，克服行波衰减影响，排除干扰，通过行波经过相邻监测终端的时间，根据公式(1)计算故障点位，缩短定位区间进行精确定位。分布式行波定位原理如图2所示。对于复杂化的输电线路网络结构可以通过在分支点处安装行波监控仪使其简化成单线结构后进行上述定位。

DX=SOTX

DY=SOTY

(1)

式中：DX为故障点与监测终端X的距离；SO为分布式行波输电速度；TX为分布式行波从故障点传导到监测终端Y的时间；DY为故障点与监测终端Y的距离；TY为分布式行波从故障点传导到监测终端Y的时间。

图1 分布式故障区间检测示意图

图2 行波测距定位示意图

传输电线故障会由于不同原因具有不同的行波闪络通道特性，因此可以通过无衰减、不失真的行波电流判断故障原因，实现雷击、非雷击和雷击故障的识别。雷击故障时雷电流接入线路，行波电流受雷电流的影响，其峰值迅速衰减，波尾缩短；非雷击故障的行波电流接地时工频电压的阶跃响应，峰值衰减缓慢，波尾较长，可准确判断输电线路雷击与否的故障判断。

2 输电线路故障成因及危害

输电线路运行中发生故障受多种因素影响，主要原因有气候因素、运行管理因素、外力破坏、雷击、鸟害和线路本体[8]。

由于输电线路大都为外部架设，运行过程中暴风暴雨等气候条件将对线路产生不良影响，雷击是造成输电线路故障的频率最高的自然因素，现阶段由于雷击绝缘水平的提高，线路耐雷水平得到有效改善，大大降低了故障率；若防误仪缺少规范化管理或设置不合理以及检修人员缺乏责任意识和专业素养或线路管理粗放监管，极易导致线路故障发生，造成安全事故；基于以往线路故障事例，外力破坏的线路故障发生的主要原因是施工机械违规作业和超高树砍伐管控不足等引起的；鸟害也是导致输电线路故障的主要原因，随着生态环境的改善，由鸟类活动造成的线路故障日益增多，杆塔筑巢会、鸟类排便会使绝缘子短路及污染严重；线路本体故障主要为绝缘子炸裂、导地线断线、避雷器击穿和电缆头炸裂等，只要原因是不线间距离不足、线夹断裂和导线绑扎脱落、制造工艺不合格等因素造成的，架空线路在风力作用下金属挂钩摩擦电缆外皮，降低磨损电缆绝缘性能，在外护层隐患扩散的情况下，容易使电缆本体绝缘击穿熔断断线。

输电线路发生故障后，会产生三方面的损害：①电压互感器铁芯饱和造成负荷过重而损坏；②特定条件是故障点易出现间歇性电弧，电弧会导致设备烧毁，形成串联谐振过电压，破坏电力系统的安全运行，从而诱发短路；③输电线路故障发生时，相对地电压迅速提高到线电压水平，击穿绝缘薄弱部位时会形成短路故障，扩大故障影响范围，导致无法正常供电[9]。

3 分布式故障仪安装优势及技术分析

3.1 分布式故障仪安装优势

(1)提高故障定位可靠性和准确性。分布式故障仪创新性的将传输线路区间与故障定位结合，采用工频故障电流先确定故障区间，再由分布式行波定位技术突破波形衰减、弧垂和波头畸变等因素引起的误差进行故障点定位，极大地提高了故障检测效率及准确性和可靠性。

(2)故障监控点设置灵活。分布式故障仪识别输电线路故障基于分布式行波和工频故障电流信号直接从电线中进行提出，可以依据需求长度灵活设置监控区间。

(3)现场监控可靠性高。分布式故障仪采用高等级内腔密封的电路，长期室外工作能够不受外界环境影响，良导体和磁导体的双屏蔽可以提高其抗电磁干扰能力。独特的耦合电源设计能够使系统运行在宽负载电流内的同时抵抗故障电流，可靠的进行信息采集。部件的冗余机制可以有效延长使用寿命。

3.2 新型分布式故障仪安装技术分析

以往检修人员在输电线路上安装分布式故障诊断仪时，必须俯身爬在单相到线上进行徒手安装作业，由于导线晃动和自身平衡等因素，作业人员翻下导线情况和设备、材料、工器具掉落情况时有发生，存在严重安全隐患。

基于上述不足，经过反复模拟现场实际情况，本文设计了一种轻型托架的新型输电线路分布式故障仪安装技术，如图3所示。创新性的加工了一种便于人员高空作业，安全安装分布式故障诊断仪的轻型托架，并能够配合线路支撑延长杆进行线上作业。托架使用轻型钢制材料加工，形状及大小与分布式故障诊断仪相符，安装时现将线路延长杆由横担至导线可靠连接，再由作业人员将托架安装至导线，托架内放置好分布式故障仪后，通过托架上的手动伸缩把手将托架上升至安装位置，工作人员只需逐一紧固设备内的感应线圈及螺栓即可完成安装工作，完全解决了高处作业人员由于体位限制而发生的翻转和设备光滑外壳难以手扶及高空掉物的现实问题，如图3所示。

图3 分布式故障仪轻型托架图

4 结 语

通过分析输电线路故障危害，结合分布式故障装机理确定了输电线路分布式故障仪安装的必要性，基于以往分布式故障仪安装技术的不足，提出了一种轻型托架的新型输电线路分布式故障仪安装技术，为输电线输电线路分布式故障仪安装技术，为输电线路运维管理开展故障安装提供了新方法、新思路，也为未来输电线路智能化运检提供重要支撑。此次输电线路分布式故障仪安装技术，为提高输电线路抵御特殊气候及灾害的能力开拓了新的技术渠道，为进一步实现输电线路的智能化提供了有力的技术支撑。