输电线路特高压分布式故障定位装置的研究

郎庆凯　高方玉　郑鹏超

摘 要：为了提高输电线路分布式故障定位装置的可靠性，提出了一种新型结构的输电线路分布式故障定位装置，重点在防高压电晕和电磁兼容等方面考虑，设计一种能满足特高压输电线路应用的分布式故障定位装置，从而提高特高压输电线路应用的可靠性。

关键词：电晕 故障定位 特高压 装置

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0032-03

随着电力系统规模的日益扩大，高压远距离架空输电线路日益增多。输电线路作为能量传输的纽带，是各大型电力系统之间的联络线，同时也是整个系统安全稳定运行的基础。一旦输电线路上发生故障，须尽快找到故障点，排除故障，恢复供电。但是，由于高压和超高压输电线路往往暴露在不同的环境并分布在广大的地理区域，运行环境恶劣（如险峻山区，不良地质，严寒气候，交通困难等），因此，它也是电力系统中发生故障最多的地方。在线路故障后迅速准确找到故障点，不仅对及时修复线路和快速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。目前常用的输电线路分布式故障定位装置只能满足750kV及以下的电磁兼容的要求，只有通过新型的球型结构设计，才能满足1000kV及以上特高压输电线路的要求。

1 输电线路分布式故障定位基本原理

输电线路故障原因的准确辨识，对输电线路的维护，缩短线路停电时间有着重要意义。由于输电线路在发生不同性质的跳闸故障时其线路上的故障电流行波呈现出不同的电磁态特征，因此通过在线监测并提取输电线路故障电流的行波数据，分析其电磁暂态特征，可以达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的；同时，对行波的极性进行分析判断，可得到短路故障类型。常用的定位方法包括单端行波定位和双端行波定位。

1.1 单端行波定位

单端行波法只需要利用线路某一端的电气量就能确定故障点位置。单端法往往需要捕获故障电流中的最初两个行波波头，对于故障安装装置来说，故障行波中的初始行波波头必定是由故障点向测量装置一端传播的行波，在故障点距离测距装置一端母线较对端母线要远时，故障行波中第二个行波波头是来自对端母线的反射行波，但是当故障点位置较近时，故障行波中的第二个行波波头则是由故障装置安装点和母线之间反射所形成的。为了区分这两种性质的行波波头类型，单端法一般在捕捉行波波头的同时要鉴定行波的极性，根据第二个行波波头与初始波头极性的关系，同时考虑母线结构形式，可以判断第二个行波波头是来自故障點还是对端母线反射，从而实现故障定位。

1.2 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，不会存在波头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。

1.3 故障类型辨识

根据故障波形及终端部署信息，对所发生的故障进行识别。可识别的主要故障类型包含：雷击故障（绕击、反击、直击等（与非雷击故障；接地短路（金属性接地与故障高阻接地）、相间短路与断路故障。对于非雷击故障，对故障原因进行辨识，可识别山火、树障、风偏、鸟害、冰闪、污闪、外力破坏等原因引起的故障。

2 输电线路分布式故障定位装置整体设计

故障定位装置整体设计如图1所示。

故障定位装置进行分体设计，共分为两个球型结构，一个是信号检测终端，一个是供电部分，中间采用供电线缆连接。

信号检测终端实现导线行波电流的采集，前端数据分析处理和与后台的通信。

供电部分由于信号检测终端功耗较大，使用电池难以维持太长时间，故采用导线取能供电原理，导线中流过的电流通过取能铁芯取得相应的能量，转化为设备能使用的电源，保证设备稳定工作。

3 输电线路分布式故障定位装置详细设计

（1）信号检测终端功能介绍。

①实时监测功能。

②定时数据采集与上传。

③故障信号采集与上传。

④数据存储和历史数据上传。

⑤设备自检。

⑥本地和远程参数查询、修改与软件升级。

（2）信号检测终端组成。

信号检测终端主要由罗氏线圈、GPS天线和4G天线、信号采集板和CPU控制板、机械球体结构件组成，如图2所示。

（3）供电部分。

供电部分剖视图如图3所示。

整个球体也分为上下两个半球，中间采用铝合金盖板隔离密封下面的取能电源板。取能铁芯位于铝合金盖板的上方，便于输电线路导线能方便穿过铁芯，如图4所示。

供电铁芯为了满足线路低启动电流的需求和保证8W以上的功率输出，采用双铁芯设计，通过线圈匝数的的变比，即保证了球体的安装稳定性，又能有效提升电源的输出功率和降低取能电源的启动电流。具体外观如图5所示。

供电电源板为适应球形结构设计，采用圆形的设计，内置两级防雷滤波设计，如图6所示。发热器件通过导热胶垫直接贴至外壳结构件上，通过外壳对外传导热量。其输出DC12V，功率输出为8W以上。具体外观如图7所示。

4 结语

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。

参考文献

[1] 杜林，陈宏业，陈伟根，等.采用双端电压行波法的输电线路故障定位系统设计[J].高电压技术，2011，37（2）：304-309.

[2] 陈浩，张哲，曾祥君，等.新型超高压输电线路故障定位系统的研究[J].华中理工大学学报，2000，28（2）：79.