高压线路故障定位对电网安全运行的影响

摘要:随着智能电网工程的提出，电网中安装无功补偿装置及清洁能源的并网使电网动态化，现有故障定位方法受到影响，研究输电线故障定位算法，对电网稳定高效运行具有重大意义。对高压输电线进行研究，针对不同线路提出故障定位算法。

关键词:高压输电线路;故障定位技术;电网运行

引言

我国电网发展结构复杂，国家电网公司规划提出到2020年基本建成安全可靠，清洁环保的智能电网体系。智能电网发展规划使电力系统迈入跨区域的大电网时代。我国电网着力解决能源供应问题，大力建设高压骨干网络，随着特高压工程建设，电网中安装各种控制装置，如高压直流输电装置及清洁能源并网，使电网动态化，用户对电网安全、经济运行要求提高，受到自然条件的影响，电力系统发生故障，不能及时判断处理会扩大故障，对国民经济造成巨大损失。大范围停电事故中主要原因是电网运行小故障未引起重视，所以只有加强电网运行监测，才能根据故障迅速采取措施恢复供电，保证电网安全运行。快速准确定位故障发生位置对电力系统稳定运行具有重要意义。

1高压输电线路故障定位技术概述

国内外大量专家致力于研究高压输电线路故障定位，研究装置投入应用，为电力系统安全运行提供了技术保障。高压输电线故障定位方法发展经历4个阶段。最早在电力系统实现输电线故障定位的仪器由静态电子构成模拟装置，故障录波器用胶片作记录载体，1935年投入高压输电线故障定位器是指针仪表，早期高压输电线故障定位精度不高，二战后输电线路故障定位技术发展加快。经过不断研究发展五六十年代，行波法被认为是理想的故障定位方法，20世纪70年代中期后，微机型保护装置投运为故障定位技术发展提供了新的机遇。国内外学者提出利用计算机进行输电线故障定位的方法，利用计算机对电压数字信号计算处理得到故障点位，无法消除过度电阻的营销，单端故障定位算法加入提高故障定位精度，出现了大量计算机故障定位装置。20世纪80年代后，随着继电器保护引入计算机技术发展，微机故障录波器成为故障定位主力，为双端故障定位法的应用奠定了基础。随着GPS对民开放，双端故障定位中所需高精度同步时钟条件有了保障，双端法故障定位中获取对端故障信息，故障录波快速发展，为采用双端故障电气量定位奠定了基础，采用双端故障电气量定位法结果优于单端法。现代行波法在故障定位原理，相关领域技术等方面取得了很多重大突破，产生了巨大经济效益［2］。近年来，高压输电线故障定位法引入智能理论算法，分为神经网络与专家系统。优化方法、模糊理论等成果引入故障定位研究中。出现了许多智能技术间的交叉结合，国外有专家提出运用分布式光纤温度传感器，进行线路故障定位的方法，输电线故障定位法趋于智能化。

2高压输电线路故障类型

电力行业是工业的基本动力，包括发电、输变电等环节，电能生产与消费同时进行，需要统一调度分配，电力行业任意环节出现故障会导致供电中断，造成巨大的经济损失［1］。我国电力行业迅猛发展，影响系统安全运行的因素逐步显现，国内外发生大量高压输电线路故障诱发的系统瓦解事故，依据高压输电线故障发生的原因可分为永久性故障、隐性故障。永久性故障是多个导体对地基导体间的短路故障，外力对输电线造成机械性损害。瞬时性故障是因雷电等过电压引起闪络，可能因鸟类造成导体对地，发生故障可进行重合闸。绝缘击穿多因老化等原因造成线路绝缘性能下降，正常运行的电压绝缘击穿造成短路，故障切除后无明显破坏迹象。隐性故障发展到瞬时闪络不可预测，在正常电压下不击穿。依据故障形式可分为三相短路，两相接地短路与断相故障。单向接地孤航为电力系统出现次数最多的故障类型。

3高压输电线路故障定位方法

高压输电线故障定位法在国内外专家努力下，取得大量有价值的成果，故障定位精度受到很多因素影响。对目前故障定位方法进行归纳，探索研究更优的方法实现精确的故障定位。高压输电线故障定位法可分为端点测量法、信号注入法、区段定位法与其他方法。端点测量法利用线路端点测量故障信息进行定位，阻抗法故障原理是故障回路阻抗与故障点测量点距离成正比，计算测量点阻抗与单位阻抗比值，得到故障点到测量点距离。单端法无需通信得到广泛应用，可分为微分方程法与工频分量法，双端法不存在系统误差，在电力系统应用得到很大发展。区段定位法是利用探测器检测故障点信息确定故障区段，在高压输电线节点处安装故障探测器，通过分析故障信息实现区段定位，探测器可分为线路FTU与故障指示器［3］。行波法定位原理是高压输电线发生故障相线路两端传播行波信号，测量暂态行波故障信号实现故障定位，分为单端法与双端法，通过测量故障点产生行波信号往返时间实现故障定位［4］。传统行波测距法案原理分为ABCD四类，A型故障定位原理是测量故障点行波到测量点往返时间确定距离，B型原理是借助测量故障点行波信号到达母线时间确定故障点位。C型故障定位原理是C型测距装置发射直流脉冲，用高频脉冲往返时间进行故障定位。D型定位原理是利用产生暂态初始行波到达母线时间差计算故障点距。智能法包括基于专家系统与神经网络的故障定位法，专家系统原理是建立在专家经验基础上，实现知识处理与定位，神经网络定位原理是通过样本学习获取知识实现定位［5］。

4高压输电线路故障定位方法对比

根据工程实际应用对输电线故障定位方法提出经济性、准确性要求，选出适合的高压电输电线路故障定位方法。常规法存在各种缺点，近些年大批专家不断研究，出现大量故障定位仪器，投入实际生产应用，有可行性高，操作方便等优点［6］。智能法虽响应速度快，计算精度高，但研究刚起步，相关理论研究处于开发阶段，专家系统存在获取知识瓶颈问题，神经网络的缺点是难以通过硬件实现其功能。具体定位法可通过电气量测量得到故障点位置，区段定位法中定位精度受到信号干扰，小电流接地故障检测按摩效果不理想，无法获得具体位置。馈线终端(FTU)仅适合配电网自动化网络，无法大面积使用。端点法贯穿于输电线路故障定位法发展，取得了丰富的现场实践经验，信号注入法利用主动向线注入信号实现定位，不受消弧线圈影响，在实际应用中存在一些缺点，信号强度受互感器容量限制，寻找故障点时间较长，可能引发系统第二点接地造成自动跳闸。电力系统负荷种类多，使得电网存在接近注入信号干扰信号测量。阻抗法简单易行，但方法需要一定条件，包括工频基波量，三相对称，不考虑过渡电阻，故障暂态谐波及线路参数等因素影响。测量精度低，受线路结构不对称，故障点过渡电阻等因素影响较大。不适用于带串补电容线路，同杆双回线路故障定位，处理闪络故障时精度不高。

5结语

本文简单介绍了国内外高压输电线路故障定位方法，实现高压输电线路故障定位可与三维地理信息系统结合，直观显示出现场地貌情况，结合先进的控制方法，故障定位方法的信息化研究将成为新的热点。

参考文献:

［1］叶海宏．高压输电线路故障定位技术及应用［J］．中国新技术新产品，2018(23):71－72．

［2］佘彦杰，游丹，尚德，等．高压输电线路远程定位故障方法［J］．建材与装饰，2017(51):250－251．

［3］孙梦晨．基于电网运维多源数据的线路保护通道及输电线路故障定位方法［D］．济南:山东大学，2019．

［4］冯亚平．高压输电线路故障定位技术的研究［D］．西安:西安理工大学，2017．

［5］姜臻．电力系统输电断面及故障评估关键技术研究［D］．武汉:华中科技大学，2014．

［6］林冠吾．智能电网故障定位及在线监测系统研究［D］．兰州:兰州理工大学，2012．

作者：张城阳 张军强 张震亚 单位：山西能源学院