柔性直流輸電線路故障定位分析與研究

吳　哲

（汕頭供電局，廣東汕頭　515041）

柔性直流輸電線路故障定位分析與研究

吳哲

（汕頭供電局，廣東汕頭515041）

隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電在生活和生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。由于直流輸電線路往往距離比較遠(yuǎn)，故障發(fā)生率比較高。要確保直流輸電系統(tǒng)可靠安全運行，快速診斷和消除輸電線路故障就顯得尤為重要。本文對現(xiàn)有的直流輸電線路故障定位位方法的應(yīng)用和優(yōu)缺點進行了分析和討論，并根據(jù)多年的經(jīng)驗對今后直流輸電線路故障定位的研究提出了一些建議。

柔性直流輸電線路行波分析法故障分析法

1　概述

柔性直流輸電與交流輸電比較，具有輸送電量大、輸送距離長、配電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)簡便、送電功率容易調(diào)節(jié)、輸電走廊占用空間小等特點。因此在遠(yuǎn)距離輸電、分布式電能并網(wǎng)、島嶼供電以及城市中心區(qū)域供電等方面優(yōu)勢明顯。如今直流輸電工程數(shù)量逐漸增多，柔性直流輸電在我國發(fā)展十分迅速。直流系統(tǒng)中，由于雷電、樹木遮擋和污染物附著導(dǎo)致輸電線路故障率往往比較高。同時由于直流輸電線路距離往往比較遠(yuǎn)、經(jīng)?？缭礁鞣N地形穿越不同氣候區(qū)域，導(dǎo)致高故障率的同時，也造成故障的診斷和恢復(fù)難度加大。因此，快速準(zhǔn)確的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停電造成的損失，對提高輸電系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)具有重要意義。［1］

2　柔性直流輸電線路故障定位方法的研究

目前，直流輸電線路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。其中行波分析法的應(yīng)用最為廣泛。行波分析法包括A、B、C、D、E、F五種類型，其中A、C、E、F應(yīng)用單端分析原理，B、D采用雙端分析原理。根據(jù)電氣數(shù)據(jù)來源故障分析法可分為單端分析法和雙端分析法兩種，根據(jù)電氣數(shù)據(jù)形式可分成頻域分析法和時域分析法。［2］

2.1直流輸電線路故障定位的行波分析法

行波分析定位法最初應(yīng)用于交流線路的故障分析，因為暫態(tài)行波在線路中斷傳輸速度穩(wěn)定，因此故障距離可以通過測量行波在母線和故障點之間的傳輸時間計算得出。從理論上講，行波分析法的可靠性和測量精度與輸電線路類型、故障阻抗和兩側(cè)系統(tǒng)特性無關(guān)。和交流輸電線路行波分析法相比，直流輸電線路行波分析的優(yōu)勢有：（1）直流電壓不存在周期性過零，不存在故障初相角影響的問題，并且暫態(tài)行波能量較大，波頭比較容易分辨；（2）直流線路母線的機構(gòu)固定，并且母線通常只有一條出線，不需要分辨故障點傳輸?shù)男胁ê筒煌妇€的反射波和透射波，故不存在其他線路影響的問題。實踐表明，行波分析法測量直流輸電線路的故障點檢測誤差通常不超過三千米。在實際應(yīng)用中，雙端分析原理應(yīng)被作為主要的檢測原理，而單端分析原理應(yīng)作為輔助檢測原理。

根據(jù)測量原理可知，行波分析法定位故障點是通過分辨波頭、測定波頭的初始時間來完成故障定位的。波頭的分辨和測定工作，要求完成工作的作業(yè)人員有較高的專業(yè)素質(zhì)，此項工作實現(xiàn)自動化的難度較大。當(dāng)存在過度電阻、行波波頭幅值受到限制時，行波波頭起始點分辨的準(zhǔn)確度會更加難以保證，使定位的精確度和可靠性受到嚴(yán)重影響。一旦過渡電阻持續(xù)加大到一定值，行波分析法就會因為沒有啟動而不能定位故障，類似現(xiàn)象在南方電網(wǎng)的直流輸電線路故障分析中多次出現(xiàn)。并且在故障發(fā)生在直流線路的首末端時，行波分析法還會出現(xiàn)死區(qū)，并且雙端故障分析的準(zhǔn)確度和可靠性取決于GPS的準(zhǔn)確對時和正常通訊。同時，由于電磁波的傳輸速度接近光速，1μs的偏差則會導(dǎo)致大約300米的誤差發(fā)生，為了更加精確的測定波頭起始時間、提高定位精確度。必須應(yīng)用高采樣頻率的裝置。

綜上可知，僅僅應(yīng)用直流輸電線路的行波分析法，對于要求采樣頻率較高、過渡電阻大的情況，難以實現(xiàn)故障點的定位分析。另外，由于波頭分辨和起始時間測定的問題，必須工作人員完成，自動化測量難以實現(xiàn)。［3］

2.2直流輸電線路故障定位的故障分析法

故障分析法是依據(jù)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)和測量出的電流、電壓，經(jīng)過分析和計算，得出故障點的距離。故障分析法對采樣頻率的要求比較低，因此可靠性相對較高，但容易受線路參數(shù)的準(zhǔn)確度影響，導(dǎo)致故障定位的精度相對行波原理低。故障分析法中的基于分布參數(shù)的時域法從故障發(fā)生瞬時到穩(wěn)態(tài)整個過程中的所有數(shù)據(jù)都可以用作故障定位，采樣點直接測距不需時域到頻域的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)窗較短，時域法成為故障定位的發(fā)展趨勢。

綜上，時域法可以應(yīng)用故障發(fā)生后的任一暫態(tài)數(shù)據(jù)進行故障定位，采樣頻率低、可靠性高，有一定的使用價值。但是所需線路參數(shù)高，造成故障定位的精度往往低于行波分析法。［4］

3　直流輸電線路故障定位研究的建議

因為直流輸電線路和交流輸電線路除能量集中的頻帶不同外，沒有本質(zhì)的分別。因此，從理論上講，某些交流故障定位分析方法，同樣適用于直流線路故障分析。直流線路故障暫態(tài)過程包括狠多特征頻率信號，可進行特征頻率的定位原理研究。故障的時域微分方程定位法，由于不受諧波和分周期分量影響，可進行直流輸電線路時域故障定位分析。此外，應(yīng)對線路參數(shù)不準(zhǔn)確及頻變特征問題、故障電弧特征問題進行研究，提出解決方法。對直流輸電線路的故障特性進行深入研究和分析，提出更加先進的故障定位分析法，提高直流線路故障定位的精確度和可靠性。

4　結(jié)語

本文對直流輸電線路的故障定位原理進行了簡單的分析和討論。根據(jù)國內(nèi)外研究和實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對故障定位的原理和方法進行了分類研究，指出了不同分析法的優(yōu)缺點。并對故障定位分析的研究提出了一些建議和設(shè)想，提出了故障定位分析研究的進一步方向。

［1］葛耀中.新型繼電保護與故障測距原理與技術(shù)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

［2］浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：水利電力出版社，1985.

［3］郭俊宏，譚偉璞，楊以涵，等.電力系統(tǒng)故障定位原理綜述［J］.繼電器，2006，34（3）：76-81.

［4］江全元，鄒振宇，曹一家，等.考慮時滯影響的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和廣域控制研究進展［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，29（3）：1-7.

吳哲（1988—），男，廣東汕頭人，汕頭供電局員工，主要從事電力電纜工作。