高压输电线路接地故障的定位技术研究

高压输电线路接地故障的定位技术研究

王明升

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 云南 曲靖 655000

摘要：随着我国经济的快速发展，电力事业得到了迅猛发展，电力系统的规模也在不断地扩大。高压远距离输电线路日益增多，输电线路无论在传输功率还是电压等级上都在不断提高，进而高压输电线路将来逐渐会成为电力系统最主要的输电网络。高压和特高压输电线路将来不仅要承担输送大功率电能的任务，还要负责联络各大电网，使其能够联网运行，因此高压输电线路的安全、稳定运行将影响整个电网的可靠性。

关键词：高压输电线路；接地故障；故障定位

引言

一般输电线路在发生故障后，故障点通常在线路上会产生向两侧传播的暂态行波信号，其包括很多故障信息，因此，为了在识别初始行波的波头方面精准快速，对输电线路故障的定位有着非常重要的作用。

1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。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高压输电线路接地故障定位原理

当高压输电线路因为雷击、电容器、投切或断路器等原因产生接地故障时，在高压线路的接地故障点会形成折射行波和反射行波，两种行波会分别向输电线路的两端传播。高压输电线路接地故障点折射和反射行波传播原理。电压波在高压输电线路传播的过程中，如果输电线路突然发生接地故障，会使输电线路的波阻抗发生突变，变得不连续，从而使电压波在故障点处的能量发生改变。

3输电线路故障定位技术的作用

在电网维护当中输电线路故障定位技术有着很重要的作用，其主要表现在3个方面：1）能够节约时间。输电线路故障定位技术的合理应用在一定意义上能够使得运行维护人员能够快速确定故障点，使维修人员减少巡线时间。2）降低经济损失。在输电线路当中如果产生故障，难免会带来相应的经济损失，故障定位技术的合理应用能够让运行维护人员在对故障点确定之后及时地排除和维修，降低经济损失。3）能够对线路薄弱点实施合理的分析。输电线路有时会产生瞬时故障都是产生在线路的薄弱部位，而故障定位技术的应用使得运行维护人员能够及时对薄弱部位进行分析，从而采用科学合理的措施实施保护，避免其产生永久故障，使得线路维护成本降低，将输电线路的安全以及稳定性不断提升。

4接地故障检测及通信系统

基于高压输电线路接地故障行波测距原理，本文研制了故障检测及其定位的硬件设备，主要包括ＧＰＲＳ无线通信模块、高压信号波发射及检测装置、主控机、电源模块等。其中电源模块中的过电压保护电路采用ＴＶＳ器件，该器件可以承受极高的反向电压，有利于产生良好的高压信号波。

ＧＰＲＳ通信模块构架，该高压输电线路故障定位硬件的ＧＰＲＳ通信模块可以实现与远程电网监控中心的数据交换与互联，同时还可与监控子站进行通信。当高压输电线路发生接地故障时，高压输电线路两端的检测装置可以感应到折射波与反射波，将波转换成稳定的电压信号，输送给故障定位电路模块，最后将数据发送给Ｍ５９０芯片，Ｍ５９０芯片将故障定位数据调制成通信信号发送给网络中心和监控中心。

5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。

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。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。

结语

总之，在T型输电线路当中，对于上述相关状况实施仿真分析，以此可以看出，在应用TT变换当中输电线路行波故障定位方式能够很好地对故障分支合理判断，并且将其故障及时定位，有着很好的准确性，因此在实际的应用中可以大力推广。

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