高壓直流輸電線路故障測(cè)距方法

黃勇源

摘要：高壓直流輸電線路具有較長(zhǎng)的距離，其線路所跨越的地區(qū)無(wú)論是地質(zhì)環(huán)境還是氣候環(huán)境都有較大的差別，所以在這種較大的環(huán)境變動(dòng)之下，高壓直流輸電線路具有很高的故障率。為了能夠更好的對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行維護(hù)工作，需要做好故障測(cè)距工作。相關(guān)單位必須要提高高壓直流輸電線路的故障測(cè)距精度，基于此本文以描述分布參數(shù)線路電氣特征的波動(dòng)方程為高壓直流輸電線路的故障測(cè)距基本原理，從時(shí)間、空間和頻率等三個(gè)角度出發(fā)來(lái)提出相應(yīng)的測(cè)距方法，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)單位提供參考。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電線路;故障測(cè)距;方法

1、前言

高壓直流輸電線路是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的輸電方式，其需要有長(zhǎng)距離、跨區(qū)域的線路作為支撐，但是這種長(zhǎng)距離線路需要跨越不同地理環(huán)境和氣候環(huán)境的區(qū)域，所以很容易出現(xiàn)線路故障情況。為了能夠及時(shí)定位線路故障位置，相關(guān)單位需要加強(qiáng)高壓直流輸電線路的故障測(cè)距工作，提高測(cè)距精度?；诖?，本文探討高壓直流輸電線路故障測(cè)距的基本方法，從故障分析法、行波法、固有頻率法三個(gè)角度來(lái)進(jìn)行探討，以描述分布參數(shù)線路電氣特征的波動(dòng)方程為主要原理，分析三種方法的使用思路。

2、高壓直流輸電線路故障測(cè)距方法總述

高壓直流輸電線路測(cè)距方法以描述分布參數(shù)線路電氣特征的波動(dòng)方程為主要原理，主要是從時(shí)間、空間和頻率三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析，分別對(duì)這三個(gè)方面采取行波法、固有頻率法、故障分析法三種對(duì)策。因?yàn)槿N方法的切入點(diǎn)是不同的，實(shí)際上在工作中這三種方法并不是全能，例如行波法雖然具有很好的測(cè)距精度，但是波頭檢測(cè)確很容易失敗;固有頻率法雖然不需要波頭檢測(cè)，但是其很容易受到一些外來(lái)因素的干擾，并且在測(cè)距的時(shí)候存在一定的死角;故障分析法的穩(wěn)定性相對(duì)于其他兩種是較好的，但是因?yàn)槟Ｐ途戎苯佑绊懙阶詈蟮慕Y(jié)果精度，所以一旦模型出現(xiàn)誤差，那么結(jié)果也就會(huì)受到影響，也就是說(shuō)其測(cè)距的精度是有限的。另外，故障分析法需要建立模型，這也就意味著其需要大量的數(shù)據(jù)支持，這也是一個(gè)問(wèn)題。描述分布參數(shù)線路電氣特征的波動(dòng)方程十分適用于長(zhǎng)距離輸電線路，無(wú)論是交流線路還是直流線路都有著較好的應(yīng)用，二者在測(cè)距原理上并沒(méi)有什么根本性的差異，只是在一些特定場(chǎng)所和條件下需要加以區(qū)分[1]。

3、行波法測(cè)距

行波法的關(guān)鍵點(diǎn)在于其波頭的識(shí)別，其基本原理如下：

圖1故障行波傳播過(guò)程圖

雙端行波原理僅僅需要對(duì)線路兩側(cè)初始行波的波頭進(jìn)行識(shí)別，而解決該問(wèn)題的方法較多，比如說(shuō)小波變換、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等，不同的方法有其各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，而現(xiàn)階段在實(shí)際故障處理的過(guò)程中常常會(huì)使用小波變換法。單端行波原理除了要識(shí)別線路兩側(cè)初始行波波頭以外還需要對(duì)故障點(diǎn)的反射波和對(duì)端母線反射波進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)小波變換法來(lái)利用模極大值來(lái)對(duì)故障點(diǎn)反射波的波頭進(jìn)行識(shí)別，效果較好。

在直流線路中采用行波法進(jìn)行故障測(cè)距還會(huì)面臨一些特有的問(wèn)題。因?yàn)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)與交流系統(tǒng)是有一定的區(qū)別的，這主要是集中在其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制等方面。行波法的測(cè)距結(jié)果并不會(huì)受故障時(shí)刻的影響，也不會(huì)受到其他線路的影響，基于直流線路只有一條出線，可以采用互感器來(lái)傳變行波信號(hào)，可以將電壓和電流行波進(jìn)行互用。但是對(duì)直流的行波進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)線路存在的邊界元件很容易導(dǎo)致行波的反射系數(shù)變化，導(dǎo)致行波波頭出現(xiàn)震蕩的問(wèn)題。在交流線路中不存在這個(gè)問(wèn)題，所以用小波分

析是行得通的，但是直流輸電線路則因?yàn)樾胁ㄕ鹗幍膯?wèn)題引發(fā)標(biāo)定錯(cuò)誤。為了能夠處理該問(wèn)題，當(dāng)前許多學(xué)者都開(kāi)展了相應(yīng)的研究，例如通過(guò)線路末端對(duì)階躍輸入的響應(yīng)來(lái)分析其入射電壓行波為階躍波時(shí)候的末端電壓，并借此來(lái)進(jìn)行深入的分析。但是目前對(duì)于該問(wèn)題的解決對(duì)策還并未統(tǒng)一，也并未得出一個(gè)行之有效的方案[2]。

4、固有頻率法測(cè)距

固有頻率法測(cè)距使用固有公式：

通過(guò)固有頻率法來(lái)進(jìn)行測(cè)距是具有很強(qiáng)的精確度的，這種精確度并不依賴于應(yīng)用場(chǎng)景的變換或者是線路類型，而目前對(duì)固有頻率法的應(yīng)用大多都是以傅里葉變換、多信號(hào)分類算法等方法為媒介。當(dāng)然，直流輸電線路的邊界是具有很強(qiáng)的復(fù)雜性的，所以終端阻抗必須要經(jīng)過(guò)良好的處理才能夠達(dá)到較好的精度，這是目前需要研究的問(wèn)題。為了能夠?qū)υ搯?wèn)題進(jìn)行處理，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者嘗試將行波法和固有頻率法結(jié)合起來(lái)，二者正好可以互補(bǔ)缺漏，而這類組合測(cè)距的方法應(yīng)該要先利用固有頻率法來(lái)進(jìn)行測(cè)定，再采用行波法來(lái)進(jìn)行精確測(cè)距，達(dá)到了更好的穩(wěn)定性和精確性。所以從這個(gè)角度來(lái)看，組合測(cè)距的方式是可以有較好的效果的，但是其在使用方面則較為麻煩。從上述分析中可以得到，相對(duì)于行波法，固有頻率法是不需要去識(shí)別波頭的，這也是其精確度高的主要原因之一。但是一旦在環(huán)境中存在較大的干擾信號(hào)，那么干擾信號(hào)很有可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)距結(jié)果的誤差問(wèn)題，在故障點(diǎn)靠近線路的重點(diǎn)時(shí)，行波頻譜的主成分頻率較高，很有可能會(huì)超過(guò)采集裝置的采樣率，所以該方法很難在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行使用{3]。

5、故障分析法

故障分析法就是根據(jù)電流、電壓特性來(lái)對(duì)故障點(diǎn)的位置進(jìn)行判斷。這種方法相對(duì)于上述來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但是在施行過(guò)程中較為繁瑣，其本質(zhì)是求解輸電線路波動(dòng)方程，對(duì)電氣量的分布進(jìn)行確定，并最后建立起相應(yīng)的模型。模型的建立精度是后續(xù)所有工作的基礎(chǔ)，一旦模型精度出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)影響到其結(jié)果精確度。在國(guó)內(nèi)外相應(yīng)的研究中，對(duì)于故障分析法模型精度的提升采取了不同的方式，比如說(shuō)通過(guò)遺傳算法來(lái)對(duì)其算法進(jìn)行優(yōu)化，可以有效的解決沿線電壓分布計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題。當(dāng)然，故障分析法因?yàn)槠湓砗?jiǎn)單，但是模型建立卻很繁瑣，在實(shí)際工程中應(yīng)用不多，現(xiàn)階段相關(guān)研究也沒(méi)有充分的解決線路模型誤差導(dǎo)致的測(cè)距精度問(wèn)題。

6、未來(lái)展望

從上述可以看到，行波法是具有一定可行性的方法，所以在未來(lái)的高壓直流輸電線路故障測(cè)距工作中大多都是采取行波法，研究也偏向于行波法。需要注意的是，在行波法的應(yīng)用中，需要使用合適的算法來(lái)檢測(cè)結(jié)果，制定浮動(dòng)的啟動(dòng)測(cè)距裝置啟動(dòng)門檻，并且要保證算法的靈敏度。同時(shí)，邊界上如果有串聯(lián)補(bǔ)償裝置，那么可能會(huì)引發(fā)波頭變緩，需要聯(lián)合串補(bǔ)問(wèn)題來(lái)進(jìn)行解決。因?yàn)楣逃蓄l率法和故障分析法到還處于研究的階段，但是并不意味著其不能使用，可以通過(guò)其與行波法結(jié)合來(lái)提高使用效果，提高測(cè)距的精確性或者是輔助驗(yàn)證，可以達(dá)到較好的效果[4]。

7、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)于直流輸電線路故障測(cè)距技術(shù)進(jìn)行了分析，以描述分布參數(shù)線路電氣特征的波動(dòng)方程為主要原理從不同的角度提出了三種測(cè)距方法。就目前來(lái)看行波法有著較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而故障分析法和固有頻率法還需要繼續(xù)研究，單位要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)配合使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李梁.特高壓直流輸電線路故障測(cè)距研究[D].西安科技大學(xué)，2018.

[2]張爍.高壓直流輸電系統(tǒng)線路保護(hù)、故障重啟及故障測(cè)距方法的研究[D].天津大學(xué)，2014.

[3]李博雅，楊耀，楊立紅.高壓直流輸電線路單端故障測(cè)距組合算法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（03）：116-121.

[4]劉躍.高壓直流輸電線路故障測(cè)距方法的研究[D].西安科技大學(xué)，

2012.