高頻波形架空線路短路故障中特征量監(jiān)測的故障診斷

文/劉憶魯 劉長銀 侯艷權 趙晨宇

1 輸電線路分布式故障診斷系統(tǒng)簡介

在本次研究中通過采用架空線路分布式故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)針對輸電線路的精準定位，更能夠有效實現(xiàn)對該故障原因的功能辨識。在這一系統(tǒng)架構(gòu)主要組成包括了客戶端、監(jiān)測裝置、中心站，針對監(jiān)測點的布設通過按照間隔20km，分別保證監(jiān)測點于A、B、C三相完成各自一臺監(jiān)測裝置的安裝。對于采集的具體波形信號在監(jiān)測裝置，經(jīng)由GPRS無線網(wǎng)將有關信號傳輸至數(shù)據(jù)中心。之后數(shù)據(jù)中心經(jīng)過對具體波形信號加以分析，完成故障診斷。客戶端則可以經(jīng)由Internet實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心的實時訪問，突破時空局限對故障問題實時查詢，以查詢所得結(jié)果及時對故障巡線的故障處理工作落實安排。

2 短路故障特征量監(jiān)測辨識原理

對于不同類別的故障原因分析其不同波形，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）出現(xiàn)雷擊故障情況下，雷云在經(jīng)由主放電通路注入至架空線路能量之后，在絕緣子組件傳輸介導下發(fā)生閃絡，出現(xiàn)了傳輸故障行波問題；

（2）并未出現(xiàn)雷擊故障情況下，通過將故障點等效視為注入反向于系統(tǒng)電壓的直流電壓源。針對如上出現(xiàn)的兩種短路故障情況，最終形成的故障特征行波均存在較大不同。

通過在本次研究中提出借助短路故障的特征量監(jiān)測，對雷擊故障情況加以辨識，假若波尾的具體時間在40μs以內(nèi)，那么便證明為雷擊故障，假若超出40μs，則表示并未雷擊故障情況。在運用這一方法中整體診斷思路極為清晰，且物理概念也較為明確，并未需要對其完成大量計算。通過借助全面細致化的仿真驗證計算，能夠有效得出運用于輸電線路的故障原因有效辨識。

3 定準故障定位原理

在本次研究中通過借助分布式故障波形診斷監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對架空線路的不同區(qū)間合理劃分，完成了不同區(qū)間內(nèi)的行波具體定位，進而精準定位輸電線路的短路故障問題。在輸電線路出現(xiàn)跳閘故障情況下，所產(chǎn)生了兩大信號電流監(jiān)測時，具體故障點的信號監(jiān)測裝置，記錄的具體工頻故障電流信號等同方向，對于故障所在點的兩側(cè)工頻信號記錄方向是相反的。假若兩個故障監(jiān)測點的區(qū)間長度高達L，那么在故障監(jiān)測點的發(fā)生A點，所距離M點為L1，距離M+1該監(jiān)測點的距離為L2。

針對產(chǎn)生的線路故障問題，計算故障點與監(jiān)測點1、監(jiān)測點2之間的距離，公式如下：

式中：由故障點至M之間的行波電流具體時間假定為t1、由故障點至M+1的行波電流具體時間假定為t2，線路中的行波速率假定為V。

在GPS下具體提供的精準相對時間t1，t2作為能夠定位所得的故障點至監(jiān)測點之間產(chǎn)生的主要距離，因而所致達到定位目的。輸電線路的故障情況產(chǎn)生，在變電站及電流信號監(jiān)測設備之間，因此記錄了等同裝置的共品電流信號方向，行波電流傳播情況。借助如下公式（3）能夠?qū)收宵c的所在位置準確計算。

式中：距離故障點的最近變電站行波傳播距離，監(jiān)測點實現(xiàn)的最終故障所在點監(jiān)測電傳行波，以及最近變電站的具體反射故障行波兩者之間差值假定為△t；介質(zhì)中的故障行波具體傳播速率假定為V。

4 應用實例

于2016年8月25日，在某地一條220kV的輸電線路出現(xiàn)突發(fā)跳閘故障情況，輸電線路分布式故障定位，對該線路的終端及時動作展開監(jiān)測，經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障問題時產(chǎn)生了高頻暫態(tài)電流波形，對于該故障情況的產(chǎn)生最終確定是雷擊故障情況。對于故障點的監(jiān)測定位最終確定是50號桿塔。該條線路在25日當天所產(chǎn)生的突然跳閘故障情況時，具體的高頻暫態(tài)電流波形，發(fā)現(xiàn)波尾在10μs左右，（在低于40μs情況依照上文所述），輸電線路的分布式故障定位最終終端監(jiān)測，判定該故障為雷擊故障。進一步對出現(xiàn)雷擊故障情況的精確時間確定為14:14:21319毫秒，經(jīng)過對雷電定位的系統(tǒng)數(shù)據(jù)加以查詢，發(fā)現(xiàn)在這一階段的線路走廊出現(xiàn)過一次落雷情況，且雷電流的最終幅值相較耐雷水平明顯超出，也證實此次發(fā)生的故障問題確是雷擊故障。

在#85桿塔中的安裝終端監(jiān)測設備，經(jīng)運行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)最終所測故障問題電流行波波形。對于該波形情況的記錄，主要是對于行波故障電流，于變電站距離故障點的反折射所致，經(jīng)過故障點發(fā)出行波電流之后，經(jīng)由#85號桿塔終端監(jiān)測裝置，之后在途徑故障點及變電站的多次反折后，再次經(jīng)過#85號桿塔。而該桿塔的所在位置，處于變電站的出口第一基，處于T1及T2這兩個不同時段下，實現(xiàn)的波頭重新疊加。由上圖可以發(fā)現(xiàn)，行波電流由原本故障點距離#85號桿塔，實現(xiàn)的行波電流時間在112μs，而故障點距離#85號桿塔兩者之間約16.2km距離，經(jīng)計算可以發(fā)現(xiàn)約等于#50號桿塔距離#85號桿塔。那么最終即判定了故障點的監(jiān)測準確位置在#50號桿塔附近區(qū)域。

經(jīng)雷電的定位系統(tǒng)結(jié)果，通過對雷電的落雷定位時間確定是2016年8月25日14:14:21319毫秒，相距最近距離為#48～49號桿塔，一致于本次系統(tǒng)的最終故障診斷結(jié)果，也進一步證實了基于短路故障特征量監(jiān)測的故障高頻波形架空線路故障診斷結(jié)果精準性。通過依據(jù)排查現(xiàn)場的故障問題，能夠發(fā)現(xiàn)線路的#50號桿塔，在測絕緣子碗口出現(xiàn)跳線放電痕跡情況，進一步判定了本次引發(fā)突然跳閘故障為雷擊故障。

5 結(jié)語

在本次研究中通過提出了基于短路故障特征量監(jiān)測的故障高頻波形架空線路故障診斷方案，經(jīng)過本次研究結(jié)合案例，發(fā)現(xiàn)針對220kV架空線路，展開精準故障定位及原因辨識，在現(xiàn)場巡線之后發(fā)展結(jié)果準確度較高，對短路故障的特征量監(jiān)測此方法論證可行，能夠?qū)Σㄐ位兗八p故障問題有效克服，進而對故障高頻波形架空線路的診斷可靠性及準確性有效提升。