輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)在一起樹障故障中的應(yīng)用

尹平安， 鄒敏君， 許 玥， 嚴(yán)小敏

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局， 云南 紅河州 654400；2.武漢三相電力科技有限公司， 湖北 武漢 430074）

引言

輸電線路是輸送電力的動(dòng)脈，其分布范圍廣，傳輸距離遠(yuǎn)，可能途徑山林、湖泊、重工業(yè)區(qū)等各種自然環(huán)境，遇有植被茂密地區(qū)，超高樹木會(huì)對(duì)線路的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，輕則可能發(fā)生跳閘故障，重則導(dǎo)致斷線事故[1]。隨著電網(wǎng)密度逐年增大，樹線矛盾日益增強(qiáng)，每年因樹障造成的直接經(jīng)濟(jì)損失越來越大，帶來的安全問題越來越多，給電力系統(tǒng)造成很大的安全威脅和經(jīng)濟(jì)損失[2-3]。

傳統(tǒng)的事故排查主要依靠人工巡視來實(shí)現(xiàn)，不僅耗費(fèi)大量人力和物力，而且對(duì)于不能砍伐或無法協(xié)議砍伐，只能做封尖處理的樹障，存在巡視計(jì)劃不合理、效率低以及發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)等缺點(diǎn)，無法保證供電可靠性，由于對(duì)故障原因判斷不準(zhǔn)確，所采取的治理措施針對(duì)性不強(qiáng)，使線路故障跳閘率難以得到有效降低[4-5]?，F(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)方式檢測(cè)對(duì)象單一，且大部分需要逐基桿塔安裝，時(shí)效性不高。而智能故障診斷系統(tǒng)可以幫助專業(yè)工作人員快速查找故障點(diǎn)，判斷故障原因，提高工作效率，大大提高輸電線路的防護(hù)水平，降低人力勞動(dòng)強(qiáng)度和人工成本，對(duì)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)是將監(jiān)測(cè)裝置分布式安裝在導(dǎo)線上，實(shí)時(shí)獲取故障時(shí)刻故障點(diǎn)附近的工頻分量和行波分量，高精度定位各種故障跳閘的區(qū)間和位置，并智能辨識(shí)故障波形特征，判斷事故發(fā)生的原因[1]。本文針對(duì)一起實(shí)際220 kV輸電線路跳閘故障，應(yīng)用輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，快速、準(zhǔn)確地找到故障位置和原因，使工作人員能夠及時(shí)修復(fù)故障，提升線路運(yùn)行維護(hù)水平。

1 故障概況

2017年5月3日09時(shí)25分08秒，某220 kV輸電線路發(fā)生跳閘故障，重合閘未成功，智能故障診斷系統(tǒng)的診斷結(jié)果如表1所示。

表1 診斷結(jié)果

故障發(fā)生后立即指派工作人員在給定的范圍內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，確定了293號(hào)桿塔附近樹木超高覆蓋在輸電線上，引起線路短路而跳閘，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行拍照如下頁圖1所示。

2 故障診斷分析

2.1 輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)是進(jìn)行輸電線路跳閘故障定位及故障原因辨識(shí)的系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)終端、服務(wù)器和客戶端組成，如下頁圖2所示[2]。具體工作原理為：將監(jiān)測(cè)終端分布式安裝在輸電線路導(dǎo)線上，實(shí)時(shí)采集線路的工頻信號(hào)和各類異常放電行波信號(hào)，由GPRS上傳至服務(wù)器，并存于內(nèi)存和庫文件中，再經(jīng)后臺(tái)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后得到診斷結(jié)果，將結(jié)果發(fā)送至客戶端，以便工作人員能夠及時(shí)掌握故障情況，了解故障信息并進(jìn)行相應(yīng)處理。

圖1 293號(hào)桿塔樹障現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 輸電線路故障定位

行波法始于20世紀(jì)40年代初，是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距的，是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一，也是公認(rèn)的故障定位最有效的方法之一[3]，可分為單端法和雙端法，單端法是測(cè)量故障產(chǎn)生的行波在故障點(diǎn)及母線往返一趟的時(shí)間來測(cè)距，雙端法利用故障行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來測(cè)距。根據(jù)線路實(shí)際情況，本文采用單端行波法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位，從而驗(yàn)證智能故障診斷裝置診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

跳閘案例中的線路全長130.693 km，于兩變電站間分別在1號(hào)桿塔、120號(hào)桿塔、182號(hào)桿塔、230號(hào)桿塔、274號(hào)桿塔、324號(hào)桿塔、372號(hào)桿塔上安裝了輸電線路智能故障監(jiān)測(cè)終端，整體分布如圖3所示。

圖3 跳閘線路的故障監(jiān)測(cè)終端分布圖

輸電線路智能故障診斷終端于2017年5月3日9時(shí)25分8秒 134毫秒844微秒在該線路B相上監(jiān)測(cè)到工頻分閘電流波形，如圖4所示，波形中故障電流增大約兩個(gè)半周期后歸零，符合線路發(fā)生故障時(shí)工頻電流特征，因此系統(tǒng)判定輸電線路發(fā)生跳閘故障，故障相為B相。

故障行波電流在故障點(diǎn)與變電站折反射，故障電流行波主波頭從故障點(diǎn)出發(fā)第一次到達(dá)182號(hào)桿塔上的終端的時(shí)刻記作“1”，故障電流行波主波頭經(jīng)小號(hào)變電站反射第二次到達(dá)182號(hào)桿塔上的終端的時(shí)刻記作“2”，故障電流行波主波頭經(jīng)小號(hào)變電站和故障點(diǎn)反射后第三次到達(dá)182號(hào)桿塔上的終端的時(shí)刻記作“3”，如圖 5所示。

圖4 68號(hào)桿塔B相故障分閘工頻電流波形

圖5 182號(hào)桿塔故障分閘高頻電流波形

為定位故障點(diǎn)，畫出如圖6的示意圖，對(duì)故障行波過程進(jìn)行分析。

圖6 故障點(diǎn)行波電流行進(jìn)路線圖

根據(jù)單端行波法測(cè)距的原理，基于系統(tǒng)測(cè)得的故障波形參數(shù)，可用下式計(jì)算故障點(diǎn)到182號(hào)桿塔的距離：

其中，L1為故障點(diǎn)到182號(hào)桿塔的距離；t2為故障電流行波主波頭經(jīng)小號(hào)變電站反射第二次到達(dá)182號(hào)桿塔上的終端的的時(shí)刻；t3為故障電流行波主波頭經(jīng)小號(hào)變電站和故障點(diǎn)反射后第三次到達(dá)182號(hào)桿塔上的終端的時(shí)刻；v表示行波在輸電導(dǎo)線上傳播的速度，以290 m/μs計(jì)算。

經(jīng)過監(jiān)測(cè)終端的GPS精確對(duì)時(shí)，可在后臺(tái)軟件中讀取圖5中標(biāo)示的點(diǎn)2和點(diǎn)3兩處波峰對(duì)應(yīng)的時(shí)刻 t2和 t3的差值為 Δt=274 μs，代入公式（1）后，可求得故障點(diǎn)位于距離1號(hào)桿塔的距離L1=39 730 m處，最終定位在294號(hào)桿塔附近。這一定位結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)最終確認(rèn)的故障桿塔293號(hào)桿塔相近，造成誤差的原因是線路改造后，桿塔的檔距有改動(dòng)，未及時(shí)錄入資料庫中。

2.3 輸電線路故障類型辨識(shí)

架空輸電線路長期暴露在自然環(huán)境下，很容易遭受到外界的影響和損害，一般輸電線路故障原因分為內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素是由自身質(zhì)量問題或線路老化引起的，外在因素是由外在環(huán)境、天氣、外力因素引起的，一般將外在故障原因分為雷擊和非雷擊兩大因素。

通過分析圖5中故障行波電流波形，182號(hào)桿塔B相上故障時(shí)刻電流行波波尾持續(xù)時(shí)間大于20微秒，符合線路非雷擊跳閘特征，故系統(tǒng)最終判定此次故障為非雷擊跳閘故障，巡線結(jié)果為樹障導(dǎo)致的線路跳閘。

3 結(jié)論

1）本文應(yīng)用輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)對(duì)某220 kV輸電線路的一起跳閘故障進(jìn)行診斷分析，系統(tǒng)判定故障相為B相，為非雷擊故障。

2）由單端行波精確故障定位計(jì)算得出，故障點(diǎn)距離182號(hào)桿塔大號(hào)方向39 730 m，在294號(hào)桿塔附近，與人工巡線結(jié)果相近，定位準(zhǔn)確。

3）輸電線路智能故障診斷系統(tǒng)在定位故障點(diǎn)和辨識(shí)故障原因方面高效精確，應(yīng)加強(qiáng)推廣應(yīng)用，減少輸電線路的運(yùn)維成本和恢復(fù)時(shí)間，提高電力系統(tǒng)供電可靠性。