高壓直流輸電線路故障定位研究

任鵬飛，譚博學(xué)

（山東理工大學(xué)，255000）

高壓直流輸電線路故障定位研究

任鵬飛，譚博學(xué)

（山東理工大學(xué)，255000）

本文從加強(qiáng)高壓直流輸電線路故障定位的必要性入手，就高壓直流輸電線路的故障特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并就其定位方法進(jìn)行了研究。希望通過本文的研究，以更好地對(duì)高壓直流輸電線路的故障進(jìn)行定位，從而更好地將故障排除。

高壓直流輸電線路；故障定位；安全

高壓直流輸電線路因其自身具有諸多優(yōu)點(diǎn)，而在諸多高電壓和大容量及遠(yuǎn)距離的輸電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是就實(shí)際來看，高壓直流輸電線路在實(shí)際運(yùn)行中難免出現(xiàn)故障的情況，高壓直流輸電線路在運(yùn)行中的故障將直接影響電力服務(wù)質(zhì)量。所以為了促進(jìn)其作用的發(fā)揮，必須切實(shí)注重高壓直流輸電線路維護(hù)工作的開展，及時(shí)加強(qiáng)對(duì)其的定位，才能更好地找到并排除故障，提高企業(yè)自身的核心競爭力，從而為廣大電力客戶提供更加優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)。

1　分析加強(qiáng)高壓直流輸電線路故障定位的必要性

近年來，傳統(tǒng)交流輸電的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的不足正在不斷的體現(xiàn)出來。而高壓直流輸電線路不僅自身的桿塔結(jié)構(gòu)較為簡單，而且線路的成本較低和能耗較小，在輸送容量上沒有限制，能達(dá)到跨區(qū)域的非同步聯(lián)網(wǎng)，因而能有效的滿足高電壓和大容量以及遠(yuǎn)距離的輸電工程的應(yīng)用。但是其在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的故障，所以一旦出現(xiàn)故障之后，就需要準(zhǔn)確迅速的將故障排除，才能促進(jìn)可靠的運(yùn)行，降低由于停電導(dǎo)致的損失，從而更好地促進(jìn)巡線勞動(dòng)強(qiáng)度的降低。而這就需要加強(qiáng)對(duì)其故障的定位，才能迅速的排障，可靠運(yùn)行的同時(shí)降低損失，促進(jìn)電力服務(wù)水平的提升。因而加強(qiáng)高壓直流輸電線路故障定位就顯得尤為必要。

2　分析高壓直流輸電線路的故障特點(diǎn)

與交流輸電相比而言，高壓直流輸電線路因其結(jié)構(gòu)較為簡單，所以其兩端的換流站的波阻抗較大，而折射率和反射率分別為0和1。所以當(dāng)線路內(nèi)部存在故障時(shí)，其故障行波就會(huì)介于整流器與逆變器之間來回的反射，而這就能為行波保護(hù)提供便利。而就區(qū)外出現(xiàn)故障時(shí)，因?yàn)樵趽Q流器與平波電抗器的作用下，其就會(huì)折射在行波檢測裝置之上，且行波幅值與坡頭坡度均會(huì)減小。一般而言，就交流系統(tǒng)而言，當(dāng)出現(xiàn)電壓過零的故障時(shí)，此時(shí)線路中無行波，所以就會(huì)存在保護(hù)死區(qū)，進(jìn)而出現(xiàn)保護(hù)不動(dòng)作的情況。但是在高壓直流輸電線路中，由于沒有電壓相角，所以就不會(huì)存在死區(qū)。但是在交流系統(tǒng)中的電壓電流行波在傳播過程中容易受到母線結(jié)構(gòu)變化帶來的影響，所以在辨別故障點(diǎn)傳播的行波與母線反射波以及投射反射波時(shí)存在較大的難度，而在直流輸電線路中則結(jié)構(gòu)較為簡單，所以能有效的辨別。由此可見，高壓直流輸電線路的故障特點(diǎn)容易發(fā)現(xiàn)和處理，但是在對(duì)其進(jìn)行定位時(shí)需要結(jié)合實(shí)際采取針對(duì)性的定位方法，才能快速的進(jìn)行定位。

3　常見高壓直流輸電線路故障定位方法的特點(diǎn)分析

因?yàn)楦邏褐绷鬏旊娋€路較為特殊，所以當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)其進(jìn)行定位方法主要就是行波法和故障分析法。傳統(tǒng)的行波法有單端法和雙端法，其中，單端法主要包括A型、C型、E型、F型，而雙端法則只有B型和D型。而現(xiàn)代的行波法又包含了小波變換法、數(shù)學(xué)形態(tài)法、希爾伯特—黃變換法、獨(dú)立分量法固有頻率法等。而故障分析法則是則是根據(jù)電氣量來源進(jìn)行劃分，也分為單端法和雙端法，但是如果根據(jù)線路模型，又能將其分成集中參數(shù)模型與分布參數(shù)模型。而如果是根據(jù)電氣量形式進(jìn)行劃分，又能將其分成頻域法和時(shí)域法，常見的主要有分布參數(shù)法和參數(shù)辨識(shí)法。由此可見，在對(duì)高壓直流輸電線路故障進(jìn)行定位時(shí)，由于其定位的方法較多，所以我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用過程中，必須切實(shí)掌握其技術(shù)要點(diǎn)，以下筆者就幾種常見的高壓直流輸電線路故障定位方法的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1小波變換法。高壓直流輸電線路故障進(jìn)行定位具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，尤其是其時(shí)頻局部化的優(yōu)勢較為明顯，可以在任一小時(shí)間段內(nèi)得出行波信號(hào)在這一時(shí)刻所處的頻率信息，所以可以快速的抓住行波波頭。因而在故障定位過程中，主要是利用這一技術(shù)將故障行波的故障特點(diǎn)進(jìn)行提取，同時(shí)將行波色散給測距精度帶來的影響予以消除，而需要注意的就是結(jié)合行波特點(diǎn)針對(duì)性的選取相符的小波基和分解尺度。與此同時(shí)，還可以通過這一技術(shù)對(duì)高頻暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行提取，從而對(duì)故障極線路進(jìn)行準(zhǔn)確的查找，進(jìn)而識(shí)別故障極的電流在最初的行波波頭，再通過小波變換的模極大值對(duì)雙端行波故障進(jìn)行定位。但是需要注意的是，采用這一技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行定位時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合小波基種類、信號(hào)采樣率以及分解尺度和數(shù)據(jù)窗口的寬度以及積分運(yùn)算等方面的問題，因而其自身并沒有自適應(yīng)，因而難以采取小族一波基對(duì)所有類型故障進(jìn)行分析。

3.2數(shù)學(xué)形態(tài)法。這一方法屬于非線性分析方法，主要優(yōu)勢就在于對(duì)濾波以及信號(hào)突變點(diǎn)的檢測。這一方法主要是對(duì)故障暫態(tài)電壓行波實(shí)施多分辨的形態(tài)梯度處理，從而將故障線路的距離進(jìn)行辨識(shí)和測距，不僅測距精度高，而且噪音的魯棒性較強(qiáng)，但是為確保行波保護(hù)的準(zhǔn)確可靠的識(shí)別行波波頭，因而應(yīng)將相似的故障進(jìn)行比較，對(duì)其是否處于故障線路進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)的行為。

3.3希爾伯特—黃變換法。這一方法主要是一種新型信號(hào)處理技術(shù)，在非線性處理和非平穩(wěn)信號(hào)的清晰具有的作用較強(qiáng)，所以利用其不僅能對(duì)行波波頭進(jìn)行檢測，而且還能對(duì)故障距離進(jìn)行計(jì)算，這樣就能結(jié)合信號(hào)自身在時(shí)域中實(shí)施自適應(yīng)的分解，所以避免分解尺度和選取奇函數(shù)的問題。在具體的應(yīng)用中，主要是在行波波形分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)直流線路的低電壓，制作直流輸電線路的行波保護(hù)方案。

3.4獨(dú)立分量法。這一方法屬于盲源分離法，其具有較強(qiáng)的高效性，主要是在分析過程中在環(huán)境與目標(biāo)上的要求較少，因而在提取故障特點(diǎn)和語音識(shí)別等均有著較強(qiáng)的應(yīng)用意義。利用多通道傳感器將直流電壓和電流信號(hào)進(jìn)行測得之后，通過盲源分離的方法，將系統(tǒng)故障信號(hào)源恢復(fù)去噪，從而有效的對(duì)故障特點(diǎn)進(jìn)行提取，將電流特點(diǎn)信號(hào)分離之后，對(duì)前兩個(gè)行波波頭分別達(dá)到測量點(diǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測，從而對(duì)極性關(guān)系進(jìn)行判斷，從而有效的對(duì)故障進(jìn)行測距。但是信號(hào)源之間必須互相獨(dú)立，且高斯信號(hào)只能有一個(gè)。

3.5固有頻率法。因?yàn)楦邏褐绷鬏旊娋€路只有一條線路，所以在采用上述技術(shù)對(duì)其定位的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)其固定頻率進(jìn)行提取，進(jìn)而達(dá)到對(duì)故障進(jìn)行測距的目的，具體的就是通過故障行波頻譜達(dá)到故障測距的目的。

3.6分布參數(shù)法。這一方法屬于故障分析方法，這一方法主要是任意定位暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)時(shí)段中的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，從而直接對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行利用。該方法主要是以分布參數(shù)模型為基礎(chǔ)對(duì)故障進(jìn)行定位，從而通過兩端打壓和電流對(duì)兩端沿線電壓的分布進(jìn)行計(jì)算，通過電壓故障點(diǎn)對(duì)故障進(jìn)行定位。

3.7參數(shù)辨識(shí)法。這一方法也屬于故障分析法，主要是在兩端并聯(lián)大電容，并利用參數(shù)原理列寫出因?yàn)楣收暇嚯x與過度電阻為參數(shù)的故障定位的一種時(shí)域微分方程，從而利用最小二乘法將進(jìn)行求解，最終對(duì)電氣量故障距離進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。其主要是把故障距離和過度電阻以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)當(dāng)作識(shí)別模型的參數(shù)，從而促進(jìn)其測距精度的提升，進(jìn)而利用參數(shù)辨識(shí)原理對(duì)高壓直流輸電線路的故障進(jìn)行定位，進(jìn)而避免行波法的波頭檢測失敗的情況，又能快速的定位故障，降低其測距誤差。

4　結(jié)語

綜上所述，高壓直流輸電線路故障定位具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，所以我們必須意識(shí)到做好這一工作的重要性，緊密結(jié)合高壓直流輸電線路故障特點(diǎn)，以及故障定位技術(shù)的特點(diǎn)，針對(duì)性的加強(qiáng)對(duì)其的應(yīng)用，才能促進(jìn)高壓直流輸電線路故障得到及時(shí)的排除。

［1］宋國兵，蔡新雷，高淑萍，張健康，李德坤，索南加樂.高壓直流輸電線路故障定位研究綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，05：133-137+147.

［2］翟永昌.實(shí)用高壓直流輸電線路故障測距方法［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2008，05：70-73.

［3］商立群，梁文麗.高壓直流輸電線路故障定位綜述［J］.高壓電器，2016，08：1-6.

Study on fault location of HVDC transmission lines

Tan Boxue，Ren Pengfei
（Shandong University of Technology， 255000）

This paper analyzes the fault characteristics of HVDC transmission lines based on the necessity of strengthening the fault location of HVDC transmission lines，and studies the method of the fault location. Hope that through this research， in order to better on the HVDC transmission line fault location，so as to better troubleshooting.

HVDC transmission line；fault location；safety