66kV输电线路故障定位技术的研究

孔剑虹 郭兆成 徐 宇 柳尚一

（国网大连供电公司）

0 引言

大量实例表明，在 66kV输电线路中，应用SCADA技术和移动通信网络技术构成的故障定位系统，不但可以提高输电线路的运行质量，而且还能很大程度上缩短故障检修的时间。故障检测和定位在国内外已有不少研究方案。因此，本文结合现有资料和实际案例，对66kV输电线路故障定位技术做了如下研究。

1 案例分析

某66kV变电站电压等级为220/66kV，其中，2回220kV进线、10回66kV回线，具体负荷为：1号线路，12.5MW，cosφ 0.85；2号线路，12.5MW，cosφ 0.83；3号线路，12.8MW，cosφ 0.87。该变电站故障检测和维护采用了线性故障定位技术，取得良好成效。

2 66kV输电线路故障定位技术的作用

第一，利用SCADA技术和移动通信网络技术构成的故障定位系统，当输电线路中发生故障时，此系统可以快速检测出发生故障的位置，并在相应监控主站上显示发生故障的种类和时间，并进行报警，同时把故障相关信息第一时间传输到操作人员的移动终端设备上，可以很大程度上缩短故障维修的时间和停电时间，降低故障造成的损失。

第二，能够帮助故障维修人员对故障进行科学合理的分析，并制定相应的故障维修方案和预防故障再次发生的措施。

第三，对输电线路中发生的瞬时故障，可以及时提醒维修人员该线路中存在的薄弱点，进行行之有效的防护，避免发生更大的故障。这一方面可以降低输电线路中故障维护的费用，另一方面一旦输电线路中发生故障，就可以第一时间对相应的故障进行分析，并找到故障发生的原因和具体位置，提高故障处理的效率，保障66kV输电线路安全、可靠地运行。

3 66kV输电线路故障定位技术

目前输电线路故障定位技术大体上可以分为两大类，一类是行波法。其故障定位的原理是根据行波传输理论来对故障发生点的距离进行测试。当输电线路中发生故障时，在发生故障的位置，会出现一定量的暂态波，暂态波会沿着电力传输的方向进行传播，其传播速度接近光速约30万km/s，把行波达到测量装置的时间和光速相乘，就可以计算出发生故障的具体位置。另一类是故障分析法。在66kV输电线路中建立相应的数学模型，通过采集发展故障点的电流信号和电压信号，然后输入数学模型当中，就可以计算出发生故障的具体位置。随着我国科学技术的发展，故障定位技术愈发先进，主要包括以下几种。

（1）传感器技术

无论是波形法还是故障分析法，在输电线路故障定位时都需要获得相应的信号，此时就需要用到传感器技术和互感器技术对故障数据进行采集，从而达到定位故障的目的。但传感器和互感器在具体应用过程中，会产生较大的误差，从而影响故障定位的准确性。可以把电压互感器和电容结合在获取行波信号上，则可以有效获得故障点的暂态信号，但此种方式会增加系统输电线路的安全隐患，对相关技术有很高的要求。

（2）高速数据采集技术

通过上文分析可以看出，行波法测定故障点的关键在于如何准确获得行波和光速之间的时间差，而光速高达30万km/s，就必须提高相关数据采集的速度。研究表明，如果采集速度为 0.5MHz，定位误差为150～200m；当采集速度为 10MHz时，故障定位误差为10～15m。因此，在实际测定中控制采集速度在10～20MHz时就可以充分满足故障定位需求。

（3）SCADA技术

SCADA技术是数据采集技术和监视控制系统的简称，该技术是以计算机为基础的DCS和电气自动化监控系统，是输电线路中EMS系统的主要技术，具有信息完整、效率高、能快速诊断出线路故障位置的优势，也是目前我国输电线路中电力调度的主要技术，具有无可替代的作用。

（4）移动通信网络技术

移动通信网络技术指的是通信的一方或者双方都在移动中实现通信的技术，由移动台、基站子系统、网络子系统共同构成。当系统检测到输电线路中发生故障的位置、原因、种类以后，可以通过移动通信网络技术把相应的数据和信息及时传输到维修人员的移动终端上，从而提高故障维修效率。

4 66kV输电线路故障定位技术的实现思路

4.1 输电线路故障定位监测系统工作原理

当66kV输电线路发生故障以后，故障定位监测系统就可以对故障特性变化进行合理检测，并把故障监测信息通过GPRS通信网络传输到主站系统中，主站系统通过相应的拓扑计算和故障分析就可实现输电线路故障定位。

4.2 故障判断装置

就该66kV输电线路变电站而言，为保证输电系统发生故障时可以第一时间监测到发生故障的位置，在中性点设置了小电阻接地和小电流接地系统。当发生故障以后，根据故障特性的不同，就可以实现对故障的监测定位。

（1）小电阻接地系统故障特性

当小电阻接地系统发生短路故障或者单相接地故障时，就会瞬间产生巨大的电流，从而烧毁电路中的供电设备，此时线路中的保护装置会立即启动，及时切除发生故障的线路。同时线路电流也会发生明显变化，具体的变化规律如下图所示。

图 66kV输电线路上电流的变化规律图

从上图可以看出，当输电线路中发生故障以后，线路中正常运行的负荷电流瞬间增加到故障电流，存在ΔT的变化量，同时上级断路器当中的电流保护装置断路器发生跳闸。故障电流所维持的时间等于断路器中故障电流的清除时间，此时间最小为 50ms，最长时间不超过3～5s。当输电线路中发生断电以后，电流和电压同时下降为零。

（2）小电流接地系统故障特性

当小电流接地发生故障时，相电压会持续降低，但故障线路稳态电流的变化不是非常明显。所以，在变电站不跳闸的情况下，系统可以继续运行一段时间。此时暂态电流大约是稳态电流的3～15倍，发生故障前后电压和电流的变化极性相反。故障线路故障点前电流与故障点后电流、健全线路故障相暂态电流方向相反。

中性点不直接接地系统的单相接地故障监测方法包括以下几种：第一种，高次谐波零序分量在线测量法。此种方法主要适用于变电站故障选线中，在线检测5次谐波电流的零序分量方向，并对每次检测的分量进行对比。第二种，暂态信号测量和计算法。此方法是通过接地瞬间分布电容的充放电过程产生的暂态信号来计算发生故障的具体位置，通过相应的技术就可以计算出输电线路中发生故障的方向和距离检测装置的距离。第三种，注入电流法。当输电线路中发生的单相接地故障以后，在变电站发生的故障一相注入特殊频率的信号，然后通过离线装置进行检测，就可以判断出发生故障的具体位置。

4.3 故障录波法定位技术

上述故障定位技术单相接地故障检测时，都存在一定的局限性。因此，本文分析了一种全新的监测故障技术，即故障录波法定位技术。实例表明，此技术可以对故障发生时的电流和电场波形数字化同步录波，然后相应的技术合成零序暂态波形，把合成的零序暂态波形通过 GPRS通信网络传输到相应的数据中心，最后通过高质量稳态、暂态信息综合判断故障发生的位置。故障录波法定位技术具有原理合理、经济实用、故障监测高效等优点。可以有效选择故障出线，并和现场设备进行配合，从而进一步提高输电线路中故障定位的准确性。

5 结束语

综上所述，本文结合实际案例，对66kV输电线路故障定位技术做了深入研究，得出以下几点结论：

在66kV输电线路中应用故障定位技术，不但能缩短故障抢修的时间和停电时间，而且还能保证输电线路持续稳定的运行。

我国对输电线路故障的研究已近50年，取得了累累硕果，但无论是行波法故障定位技术还是数字化建模定位技术，都有一定的局限性。而故障录波法定位技术和其他定位技术相比具有明显的优势，值得大范围推广应用。

单一的故障定位方法难免具有局限性，因此，在实际操作中，要结合更多智能化输电线路故障定位技术，才能保证故障定位的准确性。

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