高压直流输电线路故障测距研究

高压直流输电线路故障测距研究

崔晓江,刘志强

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司 内蒙古 锡林浩特 026000

摘要：HVDC线路的失效概率很大。为延长HVDC线路的使用寿命，必须对其原因进行详细的分析，并针对其成因提出具体的、切实可行的技术防范与控制措施，以保证HVDC电缆在使用中的安全、稳定和满足使用的需要。

关键词：高压直流输电线路；故障测距；发展趋势

1高压直流输电线路概述

HVDC是一种采用直流方式进行电力输送的项目。该设备采用控制变换技术，在发射端将交流电变换成直流（称作整流），用于传送电能，而在接收端，将直流变换成交流（称作倒相器），以便将电能传送到接收方的交流系统。电力是一种可再生的洁净能源。高质量可靠的电力供给是现代社会持续、稳定发展的必然要求。高压线路是电网运行的重要组成部分。它们既是连接终端使用者与发电站的桥梁，又是电力输送的主要媒介。在电力系统中，最容易发生故障。随着我国电力行业的迅速发展，现代电网结构日益复杂，远距离输电线路的数目日益增多，输电线路的电压等级和传输容量也在不断提高。

HVDC线路通常承担着大量的电力传输任务，线路距离长，线路复杂，穿越高山、森林、河流、湖泊等复杂的地貌，天气情况复杂，线路出现故障时难以进行巡线和检查。HVDC线路的失效，主要是由于受到雷击、污秽、树枝等环境因素，导致线路绝缘等级下降，从而导致对的闪络故障。在HVDC线路对地短路的一刹那，整流端的DC电压下降、DC电流升高，而在逆变器端的DC电压都有所降低。在发生过流的情况下，继电保护装置会发生动作，使断路器脱开，从而导致线路停电。

2高压直流输电线路故障测距现状

随着社会、经济、科技的飞速发展，HVDC故障定位技术应运而生，并产生了行波定位、自然频率定位、故障分析等故障定位技术。由于不同高压直流输电线路的距离测量公式在入口处的位置不同，因此距离法的优点和不足就显得尤为突出。要想从根本上改善HVDC的故障诊断水平，并对其进行正确的定位，对其进行优化是十分必要的。特别是行波法的测距精度较高，但是在实际中常常出现故障，如测量不准确；采用自然频率故障定位技术，无需对波头进行探测。在实际操作中，具有较好的稳定性，但抗干扰性较差，且存在较多地测距死区；在工程应用中，故障分析法的稳定性是一个非常重要的问题，但是由于模型的准确性和其他因素的限制，使得其测量的准确性和实际的计算工作量非常大。

提出了一种基于波形分布参数的波形结构来检测HVDC线路，但这种方法大多用于交直流输电线路的测距，因而不能从根本上保证其测距的精度。从某种意义上讲，目前的HVDC线路测距技术在使用过程中都会遇到各种各样的问题。为了从根本上保证测量技术的水平，及时地发现和解决HVDC线路的故障点，还要根据线路的实际工作需要，合理地确定适合的测距方案。

3高压直流输电线路故障方式

针对高阻、低故障时，下行波定位设备不能起动、波头识别困难等问题，对弱故障检测方法进行了研究，提出了一种基于该方法的浮动启动阈值，并利用具有较高敏感性的识别方法。采用逆行波进行故障定位的直流输电线路具有基本条件，而采用双端方法的首个逆行波尚未出现反射，因此不会受到信号的频率变化的影响。采用逆行波法进行双端行波定位是解决波头振动的有效途径。由于本征频法和失效分析法尚处在模拟研究阶段，其实际应用尚需进一步验证，故应将二者置于行波测距中，并将其稳定性与行波法精度的优点结合起来进行联合测距。）在传输线的边界处，初始电流和故障点的反射波均可视为由入射电传播波引起的。通过对比较精确的反射系数的识别，可以得到入射电的流行波，而通过入射电流行波的距离测量，则可以有效地克服反射系数的频率变化。

3.1高压直流输电线路行波测距方式

在行波法进行故障定位时，应特别关注交、直流线路的行波故障定位问题。特别是交流、直流行波测距存在的问题，包括行波头的识别、行波到达时刻的标定以及波速的确定。在波头识别中，首先要对两个初始行波的波头进行识别，然后利用导数法、小波变换法、形态学发射法等方法，有效地解决了波头识别中存在的端部效应、模混叠等问题。当标志波头到达时，波头的速度会因行波的色散而减慢。所以，针对HVDC的工作特性，制定一种特殊、切实可行的解决方法是十分必要的。将行波信号分成各波段。需要在各频段内保持一定的阻尼系数和速度。在行波信号中，选取能量较高的频带进行距离测量。并将其与拟合技术相结合，利用传播系数对畸变行波头进行修正。要严格地控制波速。

3.2高压直流输电线路固有频率测距方式

自然频率定位技术是二十世纪70年代末发展起来的，它的基础是故障行波谱、故障距离和线路终端结构。在不同的频率成分构成的行波频谱中，频率成分能够反映出故障频谱的内在频率。最小的频率，最大的行波频谱。当中间断开时，线路的运行距离和线路的频谱有一定的相关性。在进行故障频率测量时，要注意故障距离、故障次数、离线端反射角、故障点和反射角。在采用自振频率测量技术的HVDC中，需要充分考虑其固有频率的精确度。目前，常用的行波固有频率计算方法包括：傅立叶变换、多信号分类、小波变换等。高压直流输电线路的外部边界较为复杂，在某些情况下会影响到测量结果的精度。由于采用了自振模式，不需要对波头进行辨识，因而不需要对波头进行辨识和标定。但是，在干扰信号中，由于多个频段的能量比自然频率的能量要大，这就给测量精度带来了困难。

3.3高压直流输电线路故障分析测距方式

由于直流输电线路的长度较长，直流输电线路的运行频率较低，因此在电力系统的故障诊断与排序中，必须采用分布参数模型，并进行时域故障分析。在进行故障诊断与定位时，需要对线路上的电压、电流进行细致的分析，从而找出故障所在。针对具有电压分布的直流输电线路，采用双端故障定位法进行故障诊断，能有效地提高故障诊断的精度。在电力系统的故障诊断与定位中，应用了一种基于传输线波动方程的方法，对其进行了功率分配。分析结果的准确性受输电线路模型误差的影响。因此，要想从根本上改善故障诊断与定位技术的实用性，就必须应用时域故障分析法，以解决线路参数不精确的问题。对HVDC线路的故障点进行了详细的分析。通过实例计算，证明了本算法的自振频率和失效分析方法仍然处于模拟阶段。为了从根本上改善测距精度，需要把两者有机地结合在一起，以保证测距的精确性，从而完善测距模型。通过使用更加先进的故障定位设备，可以较好地反映出直流输电线路的实际故障，为以后的故障诊断工作奠定基础。

结束语：

综上所述，对直流输电线路的故障定位技术进行了较为全面的综述。目前，行波故障定位技术已经比较成熟，但其可靠性差，精度有待进一步提高。由于固有频率方法和失效分析方法都具有较好的稳定性和可靠性，但是由于精度的问题，其应用受到限制。为此，提出了进一步改进行波法的可靠性和测距精度的建议，并将其他两种方法的优势相结合，开发出一种新的组合测距技术。

参考文献：

[1]廖名洋,张文,袁海,曾海涛.基于多脉冲注入法的高压直流输电接地极线路故障测距[J].电网与清洁能源,2022,38(09):98-104+111.

[2]崔本丽,兰生,黄晶晶,种佳丽.高压直流输电线路两极短路接地故障测距研究[J].电力科学与工程,2017,33(12):9-14.

[3]闫建欣.高压直流输电线路保护与故障测距原理研究[J].科技创新与应用,2016(35):181.