基于停电状态下的高压输电线路故障检测方法的研究与应用

南网融资租赁有限公司 吴明亮

1 引言

电力系统建设至今，电网网架结构日益强大，各种保护措施日益完善，然而各种事故从未消失过，而带接地线和开关尤为严重，轻者对设备造成破坏，重者对电网造成巨大破坏，甚至造成人身伤亡事故。高压输电线路置于野外，短则十几千米，长则几十上百千米，其中线路的任何一个节点发生接地现象对线路进行送电都有可能对设备及人身造成重大威胁，因此如何做到防止带地线合闸具有重大意义。

2 高压输电线路运行现状及解决方案

高压输电线路每年都需要进行检修，抢修，配合停电等各项工作，工作人员停电工作时则需要在线路各侧安装临时接地线，工作结束后再拆除，然后汇报当值调度人员，进行“五核实两确认”，即“核实现场工作任务已全部结束、临时安全措施已全部拆除、作业人员已全部撤离、现场自行操作的接地刀闸已全部拉开、保护装置已完备投入、确认线路具备送电条件、确认已对线路状态进行核实”。由于接地线是一种临时安全措施，无法通过测控装置将其位置信号上送监控后台及调度监控系统，所以这一整个过程完全是由人在把控。

现实中经常因为各种各样的原因有工作人员漏拆除接地线或者线路有工作而未及时通知调度，导致发生线路带接地线而合闸的恶性误操作事件。

同时，在高压输电线路发生跳闸重合不成功后，调度人员根据调度规程可以进行强送。由于发生跳闸后，调度员无法在远方进行判断线路故障是否已消失，往往只是根据两侧变电站的检查情况进行试送或者直接强送，若遇上高压线路断线或者高压线路发生接地现象且未消除该故障，则会发生再次跳闸的情况，巨大的冲击电流会对整条线路及站端设备进行冲击损害，甚至引起保护的误动或者越级动作，从而扩大事故范围。

为解决高压线路送电前的“五核实两确认”完全由人来把控，同时给调度员对非计划停电线路进行强送或试送线路提供依据，本文提出两种基于停电状态下的高压输电线路故障检测的方法。

第一种利用高压线路接地时绝缘能力降低，绝缘电阻明显降低的原理在送电线路两侧加装绝缘检测装置，需要时调度远方控制进行绝缘监测，再将检测结果反馈至后台及调度主站，调度员以此为依据进行送电操作。

第二种利用行波在高压线路接地时发生反射及折射，波形发生变化再与入射波进行对比判断线路接地与否，再将信号发送至变电站监控后台与调度主站，调度员再根据所得信息进行送电操作。

3 调度远方控制绝缘检测装置对高压输电线路的绝缘情况进行判断

3.1 该方法的基本原理

高压线路正常情况下未送电线，绝缘电阻为无穷大，而在发生接地故障时，线路的绝缘能力降低，接地现象未消失时趋近于零。以35kV 高压输电线路为例，选取2500V 额定电压等级的摇表，由于绝缘摇表内部有一个线圈组成的发电机，通过手柄转动来发电，在额定转速度下在输出端接上被测物体，就是在被测物体两端施加一个2500V 交流电压，在表的内部电路会检测这个电压在被测物两端的漏电流，然后通过表头动圈来指示绝缘值。根据绝缘电阻值的大小调度员判断线路是否有接地或者有其他异常情况，以此作为是否送电的依据。

3.2 安装方法及操作方案

绝缘摇表的安装方案如图1所示。

图1 绝缘摇表的安装方案

以某侧变电站A 相为例，整套系统由控制回路、绝缘摇表、指示灯、调度远方控制系统等组成。在开关CT 接线盒处，引入一个控制回路，控制回路中在绝缘摇表两侧接入常开的辅助开关，即采用常开接点，再与地相连接，日常正常运行状态下，控制回路处于断开状态，即绝缘摇表与CT 之间、绝缘摇表与大地之间有明显断开接点，以此保证正常运行状态下绝缘摇表与运行线路及大地之间是隔离的[1]。

其中根据不同电压等级的高压输电线路采用不同电压等级的绝缘摇表，为保证电力系统的安全稳定，绝缘摇表的启动及触发也通过二次回路接入调度远方控制系统中的变电站测控装置，接入后台与远动装置的遥控点，通过变电站的遥控功能由变电站厂站端或者调度远方控制。

在线路工作结束后或者线路跳闸后需要进行强送电前，即合开关之前调度员第一步先遥控启动变电站任意一侧的绝缘摇表，根据监控后台信号确认绝缘摇表装置正常。确认无误后，第二步遥控合上控制回路中的两侧辅助开关，确认接电工作正常后，第三步触发绝缘摇表进行升压，以此得到绝缘电阻阻值。

3.3 根据测量数据判断高压输电线路故障状态

绝缘阻值与输电线路状态对应情况详见表1。

表1 绝缘阻值与输电线路状态对应情况

电力调度员根据得到的阻值以此判断线路绝缘状态。如表1所示结论，如果得到的电阻值很大或者趋近于无穷大，一般不低于600～1000MΩ，则说明线路没有接地等情况处于正常状态，可以进行复电操作或者强送电、试送电操作。

若得到的绝缘电阻值很小或者趋近于零，一般小于400MΩ，则说明线路有未拆除的接地线或者线路具有接地现象未消除，此时则不可进行复电操作或者强送电、试送电操作，因为此时进行送电操作极有可能发生恶性误操作事件，导致电网运行情况恶化。若得到的绝缘电阻值介于400～600MΩ，则说明线路有其他诸如接地未接死导致绝缘能力降低等情况发生，此时需要进行检查线路方可送电操作。

4 利用行波在高压线路接地时发生反射及折射时波形的变化比较进行判断

4.1 基本原理

波的折射与反射是线路行波的一个重要特性。在电力系统中，均匀线路只在一定的条件下存在。行波在故障点处发生反射和折射如图2所示。

图2 行波在故障点处发生反射和折射

当行波沿导线运动时，如果线路的参数或波阻抗在线路中的某一结点处突然改变，在结点处将发生折射和反射，折射波与反射波的波形将发生巨大改变[2]，如图所示，图中在某处发生接地或其他异常情况时，输电线路两侧波阻抗将不相等，反射波与入射波将产生巨大变化。

4.2 实现方法的接线方式

在某一线路间隔两侧变电站CT 引流线处接入一个信号发生装置，送电操作之前启动一侧变电站的测距装置产生一个入射波（高频正弦波信号），由本侧接收的反射波及另外一侧测距装置接收的折射波，利用装置接收到的波形综合进行比较判断。

一是若对侧测距装置所接收到的高频正弦波未失真则接收到完整的高频正弦波，则判断线路无接地现象或者断线现象，电力调度员以此判断可进行送电操作。

二是若对侧测距装置未能接收到高频正弦波信号，则线路可能有断线或其他异常情况，电力调度员以此判断不应该进行送电操作。

三是若线路对侧检测装置接收到的高频正弦波失真（折射波），且发射端的测距装置也接收到失真的反射波信号，则线路有接地现象，电力调度员以此判断不应该进行送电操作。

4.3 该检测装置结构图及实现方法

检测装置结构如图3所示。

图3 检测装置结构

其中信号发生器采用文氏桥氏振荡电路，触发产生一个设定的高频正弦波信号（非工频），进入数据采集单元，同时经功率放大电路放大后经过输电线路CT 接线盒引流线处接入输电线路中，行波在输电线路中传播，遇到接地现象时波形发生失真，反射波经高通滤波装置再次进入数据采集单元，对侧则接收到折射波。数据采集单元根据是否接收到设定的波形信号，向输电线路中发送信号进行反馈。数据采集单元为双踪示波器原理，通过比对两次行波的数据，将数据进行小波变换并且精准地时频分析，将结果发送至数据分析中心，数据分析中心根据上述逻辑判断线路运行状态并显示输出。

5 结语

为解决临时接地线无法上送监控后台从而容易导致带接地线合闸的情况，提出两种解决方案。一种利用接地故障时输电线路绝缘故障明显变化，进行调度远方控制绝缘检测装置对高压输电线路摇绝缘进行判断；另一种利用行波在高压线路接地时发生反射及折射时波形的变化，设计一种包含信号发生器、滤波装置、双踪示波器等多个电子元器件的故障检测装置，主动遥控发送行波信号，通过比较结果从而使调度员能够判断线路能否进行送电操作，把握电网的最后一道防线。两种方法均是利于现有成熟的设备进行组合，且理论技术成熟，可操作性强，具有可行性。