短路故障在线监测装置在输电线路中的应用＊

岳灵平,俞 强

（湖州电力局,浙江 湖州 313000）

短路故障在线监测装置在输电线路中的应用＊

岳灵平,俞 强

（湖州电力局,浙江 湖州 313000）

输电线路由于线路长、地形复杂,在运行维护过程中往往由多个运行单位共同维护管理.在线路发生短路故障后,虽然线路装有故障录波器及故障判断装置,但还是经常因线路故障所属区段划分不清使事故区段不能及时准确地确定,给排除线路故障带来很大的困难.

输电线路;短路故障;短路电流

输电线路在运行中受天气、环境、外力及绝缘老化等因素影响出现的短路故障常有发生,因此准确测出故障点位置,对消除高压线路隐患,尽快恢复供电至关重要.目前,国内外采用的线路故障录波器和线路微机保护都能报出故障点的距离.这种装置是安装在线路两端的发电厂或变电所内,通过线路短路时的间接测量及计算得出的结论.一般情况下与实际短路点比较接近,当线路有分支线或弧道电阻较大时,据运行单位大量的统计数据表明,高压线路在发生各种短路次数中约有20%的次数测距误差较大,这极大的影响故障查巡工作的进展,而少量的不准确性还严重影响正确测距后现场查寻真实故障点的信心.本装置直接安装在高压电路线路导线上与导线同电位,直接采用感应线圈测量高压导线上的短路电流,并根据测得的短路电流方向以及短路持续时间,能够准确地判断线路跳闸的故障区段.由于它是直接从导线上测短路电流并做出的判断,所以不会受到任何干扰和影响,从而准确判断以及定位短路故障点.在管理分界点安装监测装置有利于线路事故的确定和分析.

1 监测系统基本原理

当输电线路发生短路故障时,在线路导线上分别安装GSM无线故障就地检测单元,便可解决困扰电力系统的输电线路距离长、故障点不易定位和巡视困难等问题,就地检测单元与GSM公用网结合,充分利用GSM网的覆盖面广、抗干扰能力强等优点,就可实现远程实时监测、远程自动状态报告、远程故障定位以及各类报表的自动统计与生成,同时还可附加其他多种管理功能,更好地指导输电线路的检修和运行维护工作.监测系统的组成见图1.

就地监测单元的关键技术是就地电源的解决、工频电流和宽频脉冲电流的检测与识别,以及低成本可靠的通讯方案.线路故障检测终端工作原理为：当输电线路正常运行时,没有电流流经设备,传感器输出信号为零,一旦发生故障,如杆塔上绝缘子发生闪洛雷击击中导线,故障电流会沿导线向两端方向流去,本装置直接安装在高压电路线路导线上与导线同电位,利用了空心线圈电流传感器宽频和线性好的特点,直接采用感应线圈测量高压导线上的短路电流.

装置在双电源供电线路中每隔一段距离安装一个,在线路发生短路时将同时产生短路记录,利用GSM短消息或掌上电脑对各装置的记录进行采集,在上位微机用程序分析出短路电流方向相反点及短路持续时间梯度分布点,此点可判为短路故障点.见图2,（图中1、2、3、4装置短路电流方向为I1,5、6、7、8装置短路电流方向为I2,时间分别为T1、T2,故可判断故障点在4、5号装置之间.因为短路电流方向的判断是定性判断、短路持续时间的判断是定量判断,故将电流方向的判断作为首要判据.

2 系统硬件和软件的实现

2.1 系统硬件的构成

整个线路短路故障检测系统分两部分：①数据采集终端和无线传输部分,由故障电流测量、数据采集、无线传输、从站供电系统等组成;②主站部分由移动信息中心与主站通讯接口、监测系统平台、故障报警查询等部分组成.其核心部分是数据采集处理单元,担负数据采集、处理及控制其它模块的任务.

图3为主站和终端工作示意图.主站是一台与互连网相连接的计算机,计算机上运行了数据库管理系统,即可与短信息中心互相通讯的软件.

2.2 系统软件的构成

整个系统的软件分为终端部分软件和主站系统软件两部分.终端部分的软件运行在单片机上,主要负责终端内各组件之间的工作协调,实现故障测量、数据采集、无线传输和终端本身的电源管理、故障报告等.终端软件采用C语言编写,软件包括一个主程序和各种中断、数据处理、故障信息发送等子程序.终端系统工作时,主程序在初始化设备后就进入空闲状态,当收到外部指令或采样周期结束后,会触发相应的中断进行相应处理.

主站系统软件通过短信中心的帐号,收集终端上传的报文并下发指令给终端.主站系统软件还与数据库软件SQL server连接,将收到的报文分类后,按各个字段进行拆分,然后填入数据库表格中.通过数据库查询功能,可方便地实现单台或全部设备工作状态的查询.同时,主站中存储了杆塔位置的信息,在出现故障时能够给出杆塔编号和故障类型,方便用户对输电线路的维护.为方便用户维护、查询系统,主站系统软件采用了客户/服务器模式,远程用户可随时通过互联网连接服务器进行各种查询操作.但是如果需要对终端进行控制,如设置终端参数,就必须取得超级用户权限.在同一时刻,系统中能够取得超级权限的只有一个,这样可保证数据库的一致性,防止系统出错.

3 系统的特点和应用

大电流高速采样传感器带有快速信号锁存功能,流过导线的雷击闪洛电流主要分布在20Hz以下频段.工频故障电流主要分布在50Hz及谐波频率.本系统通过不同的频谱来区分雷击故障和工频故障.

就地电源采自运行线路导线负荷电流感应所产生的能量,采样、无线收发单元用微功耗方案.目前,被广泛采用的是由西安兴汇电力科技有限公司生产的L GP型输电线路短路故障区段判别系统,该产品的工作电流约10mA（第二代产品样机可控制在＜1mA）,装置按扎在输电线路导线上,受到线路电磁场和各种天气状况,甚至鸟害的影响,因此必须具有很高的可靠性.整套装置采用防水设计,提高了就地监测单元的可靠性,并且从硬件和软件两个方面提高了抗电磁干扰能力.加装了用于屏蔽的金属外壳,软件采用了抗电磁干扰数据滤波处理.与移动中心连接,短信交换快速、可靠.由于采用GSM无线通信网络,因此覆盖面广,盲区较小.但在输电线路长、基站多的情况下,大量的信息在传递时由于缓冲区小,会造成信息丢失,故采用主站与移动中心直接连接的方法能快速、准确地收发数据.

4 安装要求

在输电线路的长期运行中,由于该装置的投资较大,因此安装点的确定是非常重要的,安装相别的选择也很关键,必须进行技术和经济的比较和分析才能达到满意的效果.线路故障短路判断装置安装地点的确定应根据线路的具体运行情况,如历年跳闸记录、易击段、易击杆塔和线路污秽等级,充分利用有关雷电和线路落雷参数进行分析,结合线路杆塔的各种参数,包括地形、线路运行最高电压以及绝缘配合等因素来综合考虑.归纳实际运行经验,有以下几个选择方案的要点：

4.1 安装前的选点原则

根据线路的参数算出具体杆塔的耐雷水平,并根据线路盐密检测划分线路的污秽等级,结合平断面图和雷害记录来分析.

（1）已有雷害记录的杆塔优先考虑加装线路故障短路判断装置;

（2）处于雷电活动比较强烈的地区（一般土壤电阻率较大的高山、平原、山坡以及与稻田接壤的地区等是受雷击较明显的地段）,根据杆塔的平断面图,结合地形地貌和耐雷水平综合分析.耐雷水平低的杆塔须加装线路故障短路判断装置;

（3）与已加装线路故障短路判断装置的杆塔档距小于300m的杆塔可以考虑暂不加装,加装后经过一个或两个雨季的考验后,根据具体的雷害情况再定;

（4）由于该装置投资成本大,优先考虑安装500kV和220kV电压等级的重要线路.

4.2 安装方式的选择

该系统由安装在导线上的若干个图像采集装置和监视终端内的信息处理系统构成.

（1）前端采集装置直接安装在导线上,测量线路短路电流,判断短路电流方向以及短路电流持续时间,并主动上传线路短路故障信息;

（2）利用移动无线网络完成监测数据的传输;

（3）前端采集装置运用法拉第笼原理与运行线路等电位,不影响电网安全运行,适用于110kV～500kV;

（4）工作电源取自于运行线路导线负荷电流感应所产生的能量,使用简单、可靠,终身免维护.

4.3 安装数量及相别的确定

由于线路故障短路判断装置的安装地点一般在偏远山区,该装置结构简单、体积小、重量轻,便于安装是有利于推广应用的条件.由于该装置价格较高,所以安装数量的选择显得尤为突出.从技术和经济的角度考虑,并由理论计算分析和运行实践表明,在平原、川地等地势较低区段,单回路线路可只在两边相各加装1相共2相可以达到较好的防雷效果,而双回路线路则在下侧导线各装2相共2相,其防雷效果较好;在高山、丘陵等地势较高的区段,单回路线路以3相全装为宜,而双回路线路以在下侧导线及中间或下侧导线及上侧的对称相各加装1相共4相,也可以在山顶杆塔装3相,山腰或平地可以只装2边相为宜.

4.4 安装问题及运行维护

（1）为了确保当输电线路发生短路故障后能够正确的判断故障电流的方向,对于故障短路判断装置自身而言,安装时必须使其自身标注的箭头指示方向统一朝向线路大号侧.

（2）加装线路故障短路判断装置对输电线路的安全运行没有任何影响,无论线路故障短路判断装置在正常工作还是损坏后都不会影响线路的正常供电.

（3）对线路故障短路判断装置运行后的检测,建议运行3～5年进行一次抽检,拆下其中动作较多、有代表性的部分避雷器,对其性能进行一次全面预试检测.

基于GSM网络的输电线路故障监测系统是可行的,具备及时准确地报告线路故障、提供故障时的最大电流值等功能,可为运行人员、检修人员分析故障、抢修线路和运行维护等提供有效数据,为输电线路提高运行可靠性和快速恢复运行创造有利条件.系统的实施可望基本不用巡线,大大节省查找故障所浪费的人力和物力资源,减轻巡线强度.这种原理的监测系统实质上是一套微型的SCADA系统,不仅可以应用于输电线路故障监测,在线路其它信息的采集、控制以及数据通讯方面也具有潜在的应用前景.

[1]万耕,穆华宁.高压架空输电线路的行波故障测距方法[J].高压电器,2005,41（2）：135～138.

[2]董新洲,葛耀中,徐丙垠.利用暂态电流行波的输电线路测距研究[J].中国电机工程学报,1999,19（4）：76～80.

[3]宋振红,张举,唐杰.一种基于双端电压相量测量的故障测距新算法[J].电力自动化设备,2006,26（6）：27～29.

TM72

A

1009-1734（2010）S0-0195-04

2010-05-10

岳灵平,助理工程师,从事输电线路运行检修研究.