智能故障定位監測系統在高壓架空線路跳閘分析中的應用

摘要：文章針對一起500kV高壓架空線路跳閘，利用輸電線路智能故障定位監測系統進行故障精確定位和故障原因辨識分析，得出線路跳閘具體原因為雷電繞擊，并按照規程法與EGM法結合雷電定位系統數據對該結論進行驗算，證明了該系統基于行波電流電磁暫態特征辨識輸電線路跳閘原因的有效性和準確性。

關鍵詞：雷擊跳閘；輸電線路；監測系統；故障定位；故障辨識

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0098-02

輸電線路智能故障定位監測系統采用分布式監測技術獲取輸電線路故障時刻故障位置附近的高頻行波分量和工頻分量，實現故障精確定位和性質準確辨識。本文以500kV禎寶乙線高壓架空線路為重點研究對象，利用該線路所安裝分布式行波檢測終端，對線路跳閘原因進行分析判斷及故障點位置定位，有效提高了該線路跳閘后故障點查找工作的工作效率。

1 故障跳閘記錄

2012年9月8日，500kV禎寶乙線故障跳閘，自動重合閘不成功。輸電線路智能監測系統及時響應，最終定位此次故障位置位于273號桿塔300米范圍內，故障性質為雷電繞擊。運行人員根據輸電線路智能故障定位監測系統診斷的情況進行快速巡線，發現直線塔273桿塔A相小號側絕緣子、上下均壓環有明顯的放電痕跡（如圖1所示）。500kV禎寶線273號桿塔相序從上到下為BCA，桿塔型號為SZG475G-44，接地電阻為1.8Ω。

2 輸電線路智能故障定位監測系統簡介

輸電線路智能故障定位監測系統針對傳統監測方式故障點定位不準、故障原因難以準確辨識等問題，研究出分布式故障定位智能監測技術。該技術通過在輸電線路上每隔30千米安裝一個監測終端，就近監測故障暫態行波電流，以完整反映出行波電流的電磁暫態特征，分析其波尾時間長短以及故障行波電流的波形特征實現對雷擊與非雷擊故障、繞擊與反擊故障性質的準確判別；同時將輸電線路分解成若干短距離的區間，按照先確定故障區間，再進行區間內行波定位的方法以提高定位的可靠性和準確性，減小弧垂、波速、波形衰減以及干擾信號對定位精度的影響，實現高精度定位。

3 故障精確定位

根據故障時刻智能故障點位監測系統獲取高頻行波分量和工頻分量，如圖2所示，根據37號桿塔A相監測終端和148號桿塔A相監測終端記錄到故障電流方向，可判定故障點位于148號桿塔與寶安站

之間。

同時根據反射波GPS時鐘，計算行波電流在故障點與變電站之間多次折反射的時間差，得知故障點與寶安站相距8598.5m，最終確定故障點在273號桿塔300m左右的位置。系統最終判斷結果與運行人員現場查找故障點位置一致。

4 故障性質辨識及驗算

輸電線路智能監測系統立足大量雷擊跳閘數據，通過研究發現反擊故障時，雷擊塔頂致使絕緣子串閃絡前，雷電流先流過避雷線，會在輸電線路各相上感應出一個與雷電流極性相反的脈沖。閃絡后，相電流行波為雷電流，幅值大幅躍升。相比之下，繞擊時由于雷電流在絕緣子被擊穿之前就已經直接注入導線，被擊導線相電流行波無電磁耦合分量的存在，即不會有反極性脈沖存在。

通過判別行波電流在起始區間內是否出現反極性的電流判斷是繞擊還是反擊故障，這種方法提出的識別繞擊與反擊的方法十分簡便，且經過細致全面的仿真計算及現場數據的驗證，可有效應用于雷電反擊與繞擊的識別。此次禎寶乙線跳閘故障，故障行波電流（參考圖2波形）的波尾時間小于40微秒，行波起始位置沒有反極性脈沖，系統據此判斷此次故障性質為繞擊。

查詢雷電定位系統記錄數據，在2012年9月8日15：52：47禎寶乙線273號桿塔附近連續多次遭受雷擊，雷電流強度均未過50kA。273號桿塔位置接地電阻為1.8Ω，反擊耐雷水平很高，按規程法計算約有148.9kA，雷電定位系統顯示的雷電強度遠小于反擊耐雷水平。同時，國內外運行經驗也表明，對于桿塔的高度小于50m，接地電阻小于5Ω時，反擊的可能性很小。按照規程法與EGM法（電氣幾何模型法）計算的繞擊耐雷水平分別為20.6kA與15.7kA，雷電定位系統顯示故障時刻雷電流幅值為43kA，超過了繞擊耐雷水平。結合絕緣子的閃絡情況，可以斷定此次禎寶乙線故障性質為繞擊，與輸電線路智能監測終端診斷結果相符。

5 結語

（1）輸電線路智能監測系統有助于加強輸電線路的屬地化管理，提高線路的運行管理水平。

（2）系統采用分析行波電流特征的方法進行故障原因識別，可以實現雷擊與非雷擊故障辨識，系統在雷擊故障情況下可以進一步實現繞擊與反擊的辨識，為進一步提高線路耐雷水平指明改進方向。

（3）系統采用區段化行波監測實現故障點精確定位，使定位誤差在300m范圍之內。有效縮短了故障點查找時間，對及時恢復供電、提高電力系統穩定性具有重大意義。

（4）從該線路耐雷水平看，防反擊耐雷水平為148.9kA，而繞擊耐雷水平僅為20.6kA，可見提高防繞擊耐雷水平為該線路有效防雷措施。

（5）500kV禎寶乙線可考慮縮小線路防雷保護角，提高避雷線對導線的屏蔽保護作用。

參考文獻

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作者簡介：裴慧坤（1984-），男，供職于深圳供電局有限公司，武漢大學電氣工程及其自動化工程在讀碩士，研究方向：架空輸電線路運行維護技術管理以及新技術、新設備。

（責任編輯：文 森）