输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统探讨

张利

（中国石化集团胜利石油管理局有限公司电力分公司，山东 东营 257000）

0 引言

电路故障会严重影响到输电线路的配送，从而给生活和工作造成重大影响，因此针对输电线路自动故障的诊断和定位，是当前相关电力研究人员和电力设备生产商一直研究的问题。通过实时、准确地定位输电线路故障，并修复受损的线路，有利于提高系统的可靠性，输电线路发生故障的情况下，系统可以及时自动识别故障情况，并收集故障数据后进行分析，最后以短信的形式发送给相关调度人员，而调度人员则根据故障情况制定出更加准确的修复和完善措施。

1 输电线路自动故障诊断的重要性

当今社会人们用电量越来越大，因此供电质量的好坏、安全也是人们最为关心的话题之一。因此电力公司加强输电线路自动故障的诊断研究，能够快速发现输电线路故障中存在的相关问题，由于电力输电线路的种类比较多，在考虑到造价和施工要求的情况下，当前我国输电线路主要以架空线路为主，其次才是电缆输电线路[1]。但由于架空线路长期裸露在外，随着时间的推移，架空线路很容易受到各种各样的因素影响，如风雨雷电的破坏，从而影响到电力系统的稳定性，这对输电线路的稳定、安全会造成严重的影响。对于输电线路而言，稳定、安全是电力系统正常运行的基本条件，所以只有做好输电线路自动故障诊断工作，才能及时发现故障的原因和故障位置，以最快的速度对故障位置进行维修，确保输电线路保质保量的正常运行。

2 自动故障诊断和故障定位实时发布系统特点与优势

2.1 特点

输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统的整体设计结构比较合理，且性能稳定可靠，因此在采用B/S的结构情况下，具有分布性、业务扩展性以及维护方便的特点。而在采用先进的算法过程中，由于故障定位的准确度高，所以故障定位采用混合型的输电线路算法，能够有效解决原有算法中存在的难题和问题，针对特殊线路，如110kV线路采用非均匀的算法，可以得到良好的参数线路，对于故障类型判断是否准确，会使各故障的弧光电阻值更加精确。故障通报的可视化，利用卫星地图的展示和短信的通知，在卫星地图展示线路故障杆塔的过程中，具有更加直观形象的效果，而故障结果通常会以GSM短信的形式进行实时通报给电力调度人员，使电力调度人员在最短的时间内对故障问题进行分析并制定出解决措施[2]。与此同时，将IEC61970/CM模型和104数据传输系统进行有效融合后，可以使用IEC61970/CM电网模型作为数据平台，并从XML文件中直接获得电网模型数据，有利于更好地形成电网模型与实施数据的有效映射。而通常情况下，采用IEC61970/CM通信规约的方式，能够直接读取到EMS/SCADA系统中的相关电网实时数据信息，对系统的通信可靠性和实时性起到了高度统一作用，促使相关数据更新变得更快，实时性变得更强。

2.2 优势

传统的输电线路故障主要依靠变电站故障录波器，对故障区域有着大致的范围确定，但这种故障确定范围误差比较大，有时候甚至误差可以达到10 km的距离。因此传统的输电线路故障定位不仅耗时、耗力，还会严重影响到输电线的配电输送，从而影响到人们的生活和工作需求。但是采取输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统后，该系统装置通常采用瞬间大电流的方式，能够直接判断出接地短路故障或者雷电流经过的铁塔[3]。当输电线路出现跳闸的情况后，输电线路运检人员通过观察远程终端接收到的短信信息，就可以快速发现故障位置，从而避免了传统的故障位置寻找情况，使用故障定位实时发布系统，不需要故障巡视就能够知道杆塔位置，做到最短时间维修输电线路，给电力工程带来最大的经济效益。

3 输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统模块

3.1 故障诊断模块

输电线路自动故障诊断模块通常支持输电线路、母线、主变故障分析以及诊断功能，并且将IEC60870-5-104的通信和EMS系统连接在一起后，能够获得开关、保护信息的判断重合。在故障诊断模块中，对输电线路和主要故障进行分析与诊断后，能够使各运行系统之间存在着足够的紧密联系，并经过对重合信息的判断，实现对故障位置的精准分析和计算[4]。经过分析诊断结果后，采取XML格式的方式对外发布触发故障定位系统进行计算分析，最后生成对应的短信内容，使得整个信息接收到结果的响应时差不超过10秒钟，具有极快的速度。

3.2 故障定位模块

在故障定位模块中，通常采用的是不同的算法，针对不同类型的输电线路，采取支持性保护设备的工作特性，有利于更好地模拟输电线路故障情况。常见的输电线路类型包括辐射型线路、双电源线路、非均匀线路以及长线路等，良好的故障定位模块，可以更好地提供彩色电压、电流波的绘制功能，同时针对波形图还可以更加方便地复制到常用文档中。随着相关支持向量图的绘制功能，可以显示出电压向量、电流向量以及单相有功功率等多种不同功率的计算结果，而不同的功率有着两种不同的状态，分别是实时在线分析和事后分析这两种状态。在实时在线分析模块中，由于系统发生故障后可以自动匹配出不同路线端的故障文件，因此采用较为先进的算法进行故障定位分析，能够避免多端故障定位实现自动补偿而非同步采用所带来的计算误差[5]。随着系统支持IEEE Comtrade标准格式的故障录波数据文件被分析和储存，因此在兼容不同生产厂的故障录波文件中，需要采取多种不同的手段进行故障频率以及波形曲线的变换，如放大和缩小、拉伸和压缩等，对多种故障信息、距离、数据转换等进行再计算的功能，如图1所示。除过实时在线分析计算外，对事后故障分析状态模块能够提供强大的功能性支持，该模块通常具有故障定位结果的重新计算功能，利用该故障模块的用户可以根据需要的任意匹配实现对不同路段故障文件的任意选择。

3.3 故障可视化模块

在输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统中，故障可视化功能模块主要采用Browser和Web Ser-vice这两种技术进行实施发布。在信息发布的过程中，结合Web和GIS可以对系统发生的故障时间、距离、类型以及杆塔号准确地显示在Web的浏览器中，有利于调度人员快速准确地得到相关的故障信息数据[6]。由于故障可视化系统通常是输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布的主要功能模块，因此故障可视化模块具有以下良好的特点，首先是可视化系统会结合Web和GIS技术，并运用GIS的输电线路杆塔坐标进行可视化的建模。其次是利用WebFL定位故障距离精确推导出故障杆塔的位置，能够使输电线路故障杆塔更好地显示出故障的形象化、直观认知度。

4 故障定位算法

在输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统中，准确的故障定位对查找故障和提高供电可靠性都起到了关键的作用。因此输电线路故障技术通常是电力系统的重要研究课题，具有多种不同故障定位方法，所以该方法在国内外输电线路运行中受到了广泛的好评，常用的输电线路具体结构类型和参数中，使用FaultVista的系统都是以非均匀线路特殊算法和长线路混合型算法为主。针对那些新建的线路外，一般都会使用110 kV线路和220 kV线路作为主要的改造线路，使得线路的结构变得比较复杂，相关参数也会变得不够规范，从而使同一条线路有可能会出现2-3段或者4-5段由不同型号组成的导线[7]。而在这种情况下，输电线路故障定位方法在对非均匀线路的特殊算法中能够克服传统算法的不足之处，使测量的准确度得到提高，而在非均匀线路的特殊算法中，必须将非均匀线路等效成均匀线路并对故障位置进行有效计算后，才能得出非均匀线路精确的故障位置。在故障定位算法中，为了更好地解决长线路故障定位精确度不高的情况，通常会提出多端线路故障定位的混合型方法，这种方法定位基于采样数据和相量。因此这些数据可以更加容易地从保护装置和故障录波装置中获取得到，而这些新的方法将相量与详细的长线数字模型考虑在一起后，具有较低的成本和足够的精确度，克服了原有基于相量故障的定位弊端，使故障定位的精确度更高。

5 结语

输电线路自动故障诊断和故障定位实时发布系统的广泛普及和应用，能够有效提高输电效率，通过及时对故障问题进行精准性判断，在最短的时间内提出解决措施，并安排线路维修人员到指定的故障位置进行修复，有利于促使输电线路在最短的时间内完成故障的维修，为我国输配电线路提供了足够可靠的保障。