高压输电线路故障定位技术对电网安全运行的影响

辽宁石化职业技术学院 吴 巍

1 引言

在中国工业不断发展下，电力产业作为一项重要经济支柱，在推动国民经济水平的快速提高方面发挥出重要作用。输电线路作为电力系统不可缺少的一部分，主要负责向各个用电厂输送电能。而高压输电线路在实际应用中，存在输电距离远、自然环境复杂等问题，一旦遇到恶劣天气，会增加输电线路运行安全风险。针对此类原因，高压输电线路易发生故障，而若无法及时检修，将对工业生产及居民的生活产生重大的影响。为避免以上不良现象的出现，相关人员要重视对高压输电线路故障定位技术的应用，通过应用该技术，可以快速、准确地定位和处理高压输电线路故障问题，确保输电线路正常运行，尽量减小故障引起的损失。

2 高压输电电路故障类型

电力行业的发展，为工业提供源源不断的电能，行业主要涉及发电环节、输变环节，确保电能生产与消费同步发展，而这一目标的实现，离不开统一调度分配方式的运用。对于电力行业而言，任何环节出现异常问题，均增加供电中断风险，引发不可估量的经济损失。国内电力行业目前取得良好发展成效，但在不良因素的影响下，一旦电力系统无法安全、稳定地运行，会导致国内出现电力系统崩溃事故，结合高压输电故障，以电路故障原因为划分标准，将电路故障划分如下。一是永久性故障类型。永久性故障类型主要是指在地基导体之间，多个导体出现短路故障问题，在外力的影响下，输电线出现严重损坏。二是临时性故障类型主要是指在雷雨天气下，由于电压问题而导致线路出现闪络现象，或者是在鸟类的影响下，导致导体出现接地反应，进而引发一系列线路故障问题。三是绝缘击穿故障类型。绝缘击穿故障类型主要是指由于线路出现明显老化，降低线路绝缘性能，但是，当电源绝缘击穿处于正常运行状态时，会导致线路短路问题。四是隐蔽性故障类型。隐蔽性故障类型通常为不可预测，当逐渐发展为瞬时闪络问题时，并不会在正常电压影响下出现明显击穿现象。

3 常见的故障定位技术分析

由于计算机技术的快速发展，高压输电线路故障定位中微机保护及故障录波装置均得到广泛地使用。较为常用的故障定位方式包括：信号输入法。当高压输电线路出现故障，通过信号输入法，可以将相关信号电流快速输入到监测系统中，由检测系统分析和检测这些信号，确定具体故障位置；端点测量法。通过对线路断点部位测出来的故障信息实施处理，可以快速、准确地定位出该线路具体故障位置，这种方法主要包括阻抗法与行波法[1]。区段定位法在具体应用中，需要借助故障探测器，观察故障出现前后所对应的信息变化，定位故障具体位置。如今，比较节省成本，且使用广泛的方法为端点测量法。

3.1 行波法

在微电子技术的普及和应用下，通过运用GPS定位设备，可以保证行波测距法的实施效果。行波测距法在具体应用中，被划分成A、B、C、D、E、F 共6种常见方法，其中，A、C、D 三种行波测距法具有一定的泛用性。A 型是依据单端定位进行测距，故障点在出现故障时会出现行波，这组行波传播至相应的测量点之后，利用测量点母线，可以获得相应的行波，该行波直接传输到故障点，在指定的故障点发出反射信号，返回到原测量点，依据这一过程，测量至时间t、波速v就能依据式X，明确故障点之间的距离X。

C 型是依据单端定位的方式，如果输电线路出现故障，定位装置会在线路初始段注入高电压、高频率的脉冲电波，依据电波由注入点至故障点之间的往返时间t、电波速度v，进一步确定故障所处位置X[2]。

D 型是根据双端行波测距的方式，依托检测输电线路出现故障，即出现的初始行波波头到达的时间，对故障实施准确的定位[3]。这种方法主要运用GPS 时钟接收模，使两端时间实现同步，进而对故障距离进行准确的定位。求解方法为：

式中：Xm代表输电线路m端至故障点之间的距离；tm、tn分别代表故障初始行波波头至m、n端时刻。

单端行波法定位方式在具体应用中，要根据故障点出现的初始行波及反射波到检测装置点之间的时间差，用于对故障点实施精准定位。加之，行波法使用中虽然依赖设备，但结果更精确。

3.2 阻抗法

阻抗法主要用于对高压输电线路具体故障位置的快速化、准确化定位，如果离母线M 位置Lkm内的F 点出现故障，故障点接地电路是Rf，M 位置检测获取电压与电流的关系：

两侧故障的电流之和为：

M 一端测出相应的阻抗：

阻抗法在实际使用时，要做好对故障输电线路电流、电压测量，参照测量结果，计算相应阻抗，根据输电线路长度与阻抗之间的关系，运用适当方法，精确地计算出故障点距离。方法如下。一是代数法在具体应用中，需要精确地计算出故障线路的电压、电流值，根据计算结果，获得相应的故障点距离。通过运用阻抗法，不仅可以简化高压输电线故障定位流程，还可提高定位精确度和高效性；二是智能法主要是在参照专家系统的基础上，借助专家经验，采用神经网络故障定位法，保证相关知识处理效率，从而实现对高压输电线路故障定位。在这个过程中，需要注意的是，要借助样本学习法，获取所需知识，应用神经网络定位原理，对高压输电线路故障 进行准确查找和定位。

4 行波法的应用步骤

行波法在具体应用中，要运用行波传输相关理论知识，对输电线路进行测距，如果输电线路发生故障，可能发生沿输电线路存在故障行波，导致故障点出现折射问题，行波法行波传输理论进行测距如图1所示。必须注意，故障行波在实际传输时，一般会耗费较多时间，采用上述时间就能求出故障距离。

图1 行波法行波传输理论进行测距

在对高压输电线路故障进行测距时，行波法应用大致需要经历下列过程：获得行波、了解波头、标出行波抵达时间等。获得行波：暂态行波可以覆盖比较宽的频带，高达上千赫兹。要想实现对输电线路实际暂态行波的实时观察和了解，需要提高电流信号变换回路响应速度。如果行波传输速度较高，与光速值相接近，为降低测距分辨率，需要将电流信号变换回路响应时间控制为3.2us 内。对于高压输电线路而言，其内部安装和应用电容式电压互感器，直接影响行波传变，导致电压行波难以得到充分利用。为解决此类问题，需要采用串联的方式，将各个接地导线进行有效连接，获取暂态行波。同时，使用行波传感器，根据CVT 接电线电流实施耦合处理，获取故障行波。一般情况下，电流互感器会表现出强大的电流信号传输功能，以此满足行波测距目标。

4.1 准确识别波头

常用于识别波头的方式包含：软件及硬件法。传统波头检测方法存在操作复杂、检测精确度差等问题，难以满足单端行波法故障点检测需求，严重影响故障测距精准度。针对这个问题，行内研究人员提出了科学的解决策略。其中，HHT 方法具有独特的优势，可以提升故障行波检测质量。与小波变换法比较，HHT 法不容易受外界因素干扰，可以立足信号自身特征完成分解，对基函数选择并未提出特殊的要求[4]。但这种方法在应用过程中也存在不足之处，如采集到的行波信号在实际应用中，很容易受到外界噪声干扰和影响，对获取精准波头带来不良的影响。

4.2 确定相应的波速

从现实情况分析，行波在实际传输环节极易受到不同类型因素的干扰，三相输电线路中，行波传播包含线模和地模分量。各项研究证实，影响地模、线模行波传播的主要因素包含过渡电阻、换位点等。与地模比较，线模不容易受到影响，因此，线模更适合用来对故障进行定位[5]。测距算法中，多数文献挑选线模分量法对测距进行计算。从波速视角分析，挑选线路实测参数求解相应的波速。人为制造出来的信号，与之对应测出输电线路长度，合理控制挠度引起的误差，保障故障测距的准确性。

5 实例分析

某地500kV 线路出现C 相故障跳闸事故，单相重合不良。M 站配置I0套纵联保护动作，I0=840A，L=158.75km，3I0=604A；N 站有两套纵联保护动作，A、L=28.49km、Ie=2840A，整条线路长度为105km，总塔数为222级，1号塔位设置在M 侧，此时为雷雨天气。此次故障两侧之间的保护测距之和是187km，明显比线路自身长度大，因此，判定为高阻接地。小波测距发现193号塔存在故障，通过定位显示这一时刻前后5min 内193号塔周边无落雷。在故障发生时，M 与N 侧零序电流之比是0.198，零序电流曲线信息见表1。

表1 零序电流曲线信息

通过估算比值，发现故障点处在距离M 侧约是全线的90%处，根据平均档距进行估算，小波测距结果则在M 侧线路87%位置，二者基本吻合，这也表明小波测距结果是有效的。基于此，这个点故障电流明显比零序曲线电流小，巡线范围控制在183～203号塔，重点设在193号塔，C 相。对线路进行巡线发现，193号塔出现C 相导线对树木放电的情况。

6 结语

通过运用本文介绍的高压输电电路故障定位法，可以实现对线路故障的精确化查找和定位，极大地提高供电系统安全性、高效性，因此，相关人员要利用本文所提出的线路故障定位方法，做好输电线路故障定位与测距工作，了解故障定位与测距的合理方法，从而获得最科学的测距方法。