高壓線路故障定位對電網(wǎng)安全運行的影響

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摘要:隨著智能電網(wǎng)工程的提出，電網(wǎng)中安裝無功補償裝置及清潔能源的并網(wǎng)使電網(wǎng)動態(tài)化，現(xiàn)有故障定位方法受到影響，研究輸電線故障定位算法，對電網(wǎng)穩(wěn)定高效運行具有重大意義。對高壓輸電線進行研究，針對不同線路提出故障定位算法。

關(guān)鍵詞:高壓輸電線路;故障定位技術(shù);電網(wǎng)運行

引言

我國電網(wǎng)發(fā)展結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃提出到2020年基本建成安全可靠，清潔環(huán)保的智能電網(wǎng)體系。智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃使電力系統(tǒng)邁入跨區(qū)域的大電網(wǎng)時代。我國電網(wǎng)著力解決能源供應(yīng)問題，大力建設(shè)高壓骨干網(wǎng)絡(luò)，隨著特高壓工程建設(shè)，電網(wǎng)中安裝各種控制裝置，如高壓直流輸電裝置及清潔能源并網(wǎng)，使電網(wǎng)動態(tài)化，用戶對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行要求提高，受到自然條件的影響，電力系統(tǒng)發(fā)生故障，不能及時判斷處理會擴大故障，對國民經(jīng)濟造成巨大損失。大范圍停電事故中主要原因是電網(wǎng)運行小故障未引起重視，所以只有加強電網(wǎng)運行監(jiān)測，才能根據(jù)故障迅速采取措施恢復(fù)供電，保證電網(wǎng)安全運行?？焖贉?zhǔn)確定位故障發(fā)生位置對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要意義。

1高壓輸電線路故障定位技術(shù)概述

國內(nèi)外大量專家致力于研究高壓輸電線路故障定位，研究裝置投入應(yīng)用，為電力系統(tǒng)安全運行提供了技術(shù)保障。高壓輸電線故障定位方法發(fā)展經(jīng)歷4個階段。最早在電力系統(tǒng)實現(xiàn)輸電線故障定位的儀器由靜態(tài)電子構(gòu)成模擬裝置，故障錄波器用膠片作記錄載體，1935年投入高壓輸電線故障定位器是指針儀表，早期高壓輸電線故障定位精度不高，二戰(zhàn)后輸電線路故障定位技術(shù)發(fā)展加快。經(jīng)過不斷研究發(fā)展五六十年代，行波法被認為是理想的故障定位方法，20世紀70年代中期后，微機型保護裝置投運為故障定位技術(shù)發(fā)展提供了新的機遇。國內(nèi)外學(xué)者提出利用計算機進行輸電線故障定位的方法，利用計算機對電壓數(shù)字信號計算處理得到故障點位，無法消除過度電阻的營銷，單端故障定位算法加入提高故障定位精度，出現(xiàn)了大量計算機故障定位裝置。20世紀80年代后，隨著繼電器保護引入計算機技術(shù)發(fā)展，微機故障錄波器成為故障定位主力，為雙端故障定位法的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著GPS對民開放，雙端故障定位中所需高精度同步時鐘條件有了保障，雙端法故障定位中獲取對端故障信息，故障錄波快速發(fā)展，為采用雙端故障電氣量定位奠定了基礎(chǔ)，采用雙端故障電氣量定位法結(jié)果優(yōu)于單端法?，F(xiàn)代行波法在故障定位原理，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)等方面取得了很多重大突破，產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟效益［2］。近年來，高壓輸電線故障定位法引入智能理論算法，分為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)。優(yōu)化方法、模糊理論等成果引入故障定位研究中。出現(xiàn)了許多智能技術(shù)間的交叉結(jié)合，國外有專家提出運用分布式光纖溫度傳感器，進行線路故障定位的方法，輸電線故障定位法趨于智能化。

2高壓輸電線路故障類型

電力行業(yè)是工業(yè)的基本動力，包括發(fā)電、輸變電等環(huán)節(jié)，電能生產(chǎn)與消費同時進行，需要統(tǒng)一調(diào)度分配，電力行業(yè)任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障會導(dǎo)致供電中斷，造成巨大的經(jīng)濟損失［1］。我國電力行業(yè)迅猛發(fā)展，影響系統(tǒng)安全運行的因素逐步顯現(xiàn)，國內(nèi)外發(fā)生大量高壓輸電線路故障誘發(fā)的系統(tǒng)瓦解事故，依據(jù)高壓輸電線故障發(fā)生的原因可分為永久性故障、隱性故障。永久性故障是多個導(dǎo)體對地基導(dǎo)體間的短路故障，外力對輸電線造成機械性損害。瞬時性故障是因雷電等過電壓引起閃絡(luò)，可能因鳥類造成導(dǎo)體對地，發(fā)生故障可進行重合閘。絕緣擊穿多因老化等原因造成線路絕緣性能下降，正常運行的電壓絕緣擊穿造成短路，故障切除后無明顯破壞跡象。隱性故障發(fā)展到瞬時閃絡(luò)不可預(yù)測，在正常電壓下不擊穿。依據(jù)故障形式可分為三相短路，兩相接地短路與斷相故障。單向接地孤航為電力系統(tǒng)出現(xiàn)次數(shù)最多的故障類型。

3高壓輸電線路故障定位方法

高壓輸電線故障定位法在國內(nèi)外專家努力下，取得大量有價值的成果，故障定位精度受到很多因素影響。對目前故障定位方法進行歸納，探索研究更優(yōu)的方法實現(xiàn)精確的故障定位。高壓輸電線故障定位法可分為端點測量法、信號注入法、區(qū)段定位法與其他方法。端點測量法利用線路端點測量故障信息進行定位，阻抗法故障原理是故障回路阻抗與故障點測量點距離成正比，計算測量點阻抗與單位阻抗比值，得到故障點到測量點距離。單端法無需通信得到廣泛應(yīng)用，可分為微分方程法與工頻分量法，雙端法不存在系統(tǒng)誤差，在電力系統(tǒng)應(yīng)用得到很大發(fā)展。區(qū)段定位法是利用探測器檢測故障點信息確定故障區(qū)段，在高壓輸電線節(jié)點處安裝故障探測器，通過分析故障信息實現(xiàn)區(qū)段定位，探測器可分為線路FTU與故障指示器［3］。行波法定位原理是高壓輸電線發(fā)生故障相線路兩端傳播行波信號，測量暫態(tài)行波故障信號實現(xiàn)故障定位，分為單端法與雙端法，通過測量故障點產(chǎn)生行波信號往返時間實現(xiàn)故障定位［4］。傳統(tǒng)行波測距法案原理分為ABCD四類，A型故障定位原理是測量故障點行波到測量點往返時間確定距離，B型原理是借助測量故障點行波信號到達母線時間確定故障點位。C型故障定位原理是C型測距裝置發(fā)射直流脈沖，用高頻脈沖往返時間進行故障定位。D型定位原理是利用產(chǎn)生暫態(tài)初始行波到達母線時間差計算故障點距。智能法包括基于專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障定位法，專家系統(tǒng)原理是建立在專家經(jīng)驗基礎(chǔ)上，實現(xiàn)知識處理與定位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位原理是通過樣本學(xué)習(xí)獲取知識實現(xiàn)定位［5］。

4高壓輸電線路故障定位方法對比

根據(jù)工程實際應(yīng)用對輸電線故障定位方法提出經(jīng)濟性、準(zhǔn)確性要求，選出適合的高壓電輸電線路故障定位方法。常規(guī)法存在各種缺點，近些年大批專家不斷研究，出現(xiàn)大量故障定位儀器，投入實際生產(chǎn)應(yīng)用，有可行性高，操作方便等優(yōu)點［6］。智能法雖響應(yīng)速度快，計算精度高，但研究剛起步，相關(guān)理論研究處于開發(fā)階段，專家系統(tǒng)存在獲取知識瓶頸問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點是難以通過硬件實現(xiàn)其功能。具體定位法可通過電氣量測量得到故障點位置，區(qū)段定位法中定位精度受到信號干擾，小電流接地故障檢測按摩效果不理想，無法獲得具體位置。饋線終端(FTU)僅適合配電網(wǎng)自動化網(wǎng)絡(luò)，無法大面積使用。端點法貫穿于輸電線路故障定位法發(fā)展，取得了豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，信號注入法利用主動向線注入信號實現(xiàn)定位，不受消弧線圈影響，在實際應(yīng)用中存在一些缺點，信號強度受互感器容量限制，尋找故障點時間較長，可能引發(fā)系統(tǒng)第二點接地造成自動跳閘。電力系統(tǒng)負荷種類多，使得電網(wǎng)存在接近注入信號干擾信號測量。阻抗法簡單易行，但方法需要一定條件，包括工頻基波量，三相對稱，不考慮過渡電阻，故障暫態(tài)諧波及線路參數(shù)等因素影響。測量精度低，受線路結(jié)構(gòu)不對稱，故障點過渡電阻等因素影響較大。不適用于帶串補電容線路，同桿雙回線路故障定位，處理閃絡(luò)故障時精度不高。

5結(jié)語

本文簡單介紹了國內(nèi)外高壓輸電線路故障定位方法，實現(xiàn)高壓輸電線路故障定位可與三維地理信息系統(tǒng)結(jié)合，直觀顯示出現(xiàn)場地貌情況，結(jié)合先進的控制方法，故障定位方法的信息化研究將成為新的熱點。

參考文獻:

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［3］孫夢晨．基于電網(wǎng)運維多源數(shù)據(jù)的線路保護通道及輸電線路故障定位方法［D］．濟南:山東大學(xué)，2019．

［4］馮亞平．高壓輸電線路故障定位技術(shù)的研究［D］．西安:西安理工大學(xué)，2017．

［5］姜臻．電力系統(tǒng)輸電斷面及故障評估關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．武漢:華中科技大學(xué)，2014．

［6］林冠吾．智能電網(wǎng)故障定位及在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［D］．蘭州:蘭州理工大學(xué)，2012．

作者：張城陽 張軍強 張震亞 單位：山西能源學(xué)院