輸電線路特高壓分布式故障定位裝置的研究

郎慶凱　高方玉　鄭鵬超

摘 要：為了提高輸電線路分布式故障定位裝置的可靠性，提出了一種新型結構的輸電線路分布式故障定位裝置，重點在防高壓電暈和電磁兼容等方面考慮，設計一種能滿足特高壓輸電線路應用的分布式故障定位裝置，從而提高特高壓輸電線路應用的可靠性。

關鍵詞：電暈 故障定位 特高壓 裝置

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0032-03

隨著電力系統規模的日益擴大，高壓遠距離架空輸電線路日益增多。輸電線路作為能量傳輸的紐帶，是各大型電力系統之間的聯絡線，同時也是整個系統安全穩定運行的基礎。一旦輸電線路上發生故障，須盡快找到故障點，排除故障，恢復供電。但是，由于高壓和超高壓輸電線路往往暴露在不同的環境并分布在廣大的地理區域，運行環境惡劣（如險峻山區，不良地質，嚴寒氣候，交通困難等），因此，它也是電力系統中發生故障最多的地方。在線路故障后迅速準確找到故障點，不僅對及時修復線路和快速恢復供電，而且對整個電力系統的安全穩定和經濟運行都有十分重要的作用。目前常用的輸電線路分布式故障定位裝置只能滿足750kV及以下的電磁兼容的要求，只有通過新型的球型結構設計，才能滿足1000kV及以上特高壓輸電線路的要求。

1 輸電線路分布式故障定位基本原理

輸電線路故障原因的準確辨識，對輸電線路的維護，縮短線路停電時間有著重要意義。由于輸電線路在發生不同性質的跳閘故障時其線路上的故障電流行波呈現出不同的電磁態特征，因此通過在線監測并提取輸電線路故障電流的行波數據，分析其電磁暫態特征，可以達到對輸電線路雷擊與非雷擊故障原因準確辨識的目的；同時，對行波的極性進行分析判斷，可得到短路故障類型。常用的定位方法包括單端行波定位和雙端行波定位。

1.1 單端行波定位

單端行波法只需要利用線路某一端的電氣量就能確定故障點位置。單端法往往需要捕獲故障電流中的最初兩個行波波頭，對于故障安裝裝置來說，故障行波中的初始行波波頭必定是由故障點向測量裝置一端傳播的行波，在故障點距離測距裝置一端母線較對端母線要遠時，故障行波中第二個行波波頭是來自對端母線的反射行波，但是當故障點位置較近時，故障行波中的第二個行波波頭則是由故障裝置安裝點和母線之間反射所形成的。為了區分這兩種性質的行波波頭類型，單端法一般在捕捉行波波頭的同時要鑒定行波的極性，根據第二個行波波頭與初始波頭極性的關系，同時考慮母線結構形式，可以判斷第二個行波波頭是來自故障點還是對端母線反射，從而實現故障定位。

1.2 雙端行波定位

雙端行波結合了線路兩端的故障特征，由故障點向線路兩端傳播的行波會在故障發生后產生，通過在線路兩端安裝行波檢測裝置，故障時安裝在線路兩端的測量裝置檢測到的行波初始波頭均是由故障點傳播過來的，僅需利用兩端初始行波的時間就能確定故障點位置。與單端行波法相比較而言，雙端行波法在捕獲行波波頭時刻上顯然更為準確可靠，這一方法不需要辨識行波的極性，不會存在波頭性質混合不清的情況，但是雙端法需要在線路兩端采樣時間嚴格同步的基礎上才能保持更高的測距精度，當故障采集裝置的采樣頻率設置為1MHz時，若雙端測量裝置的時間同步誤差為一個采樣時間周期，即1個微秒，此時將導致150m的測距誤差，可見，雙端法對線路兩端行波測距裝置同步時間的精度要求很高。與單端法相比較，雙端法的定位結果會受到雙端不同步的影響，但隨著GPS 技術的進一步發展，雙端同步的精度也越來越高，并且同步的穩定性也越來越好，因此，就故障定位效果而言，雙端法要好于單端法，同時雙端法不需要檢測行波的極性，不會受到母線和出線結構和方式的影響，故障定位結果更為可靠。

1.3 故障類型辨識

根據故障波形及終端部署信息，對所發生的故障進行識別。可識別的主要故障類型包含：雷擊故障（繞擊、反擊、直擊等（與非雷擊故障；接地短路（金屬性接地與故障高阻接地）、相間短路與斷路故障。對于非雷擊故障，對故障原因進行辨識，可識別山火、樹障、風偏、鳥害、冰閃、污閃、外力破壞等原因引起的故障。

2 輸電線路分布式故障定位裝置整體設計

故障定位裝置整體設計如圖1所示。

故障定位裝置進行分體設計，共分為兩個球型結構，一個是信號檢測終端，一個是供電部分，中間采用供電線纜連接。

信號檢測終端實現導線行波電流的采集，前端數據分析處理和與后臺的通信。

供電部分由于信號檢測終端功耗較大，使用電池難以維持太長時間，故采用導線取能供電原理，導線中流過的電流通過取能鐵芯取得相應的能量，轉化為設備能使用的電源，保證設備穩定工作。

3 輸電線路分布式故障定位裝置詳細設計

（1）信號檢測終端功能介紹。

①實時監測功能。

②定時數據采集與上傳。

③故障信號采集與上傳。

④數據存儲和歷史數據上傳。

⑤設備自檢。

⑥本地和遠程參數查詢、修改與軟件升級。

（2）信號檢測終端組成。

信號檢測終端主要由羅氏線圈、GPS天線和4G天線、信號采集板和CPU控制板、機械球體結構件組成，如圖2所示。

（3）供電部分。

供電部分剖視圖如圖3所示。

整個球體也分為上下兩個半球，中間采用鋁合金蓋板隔離密封下面的取能電源板。取能鐵芯位于鋁合金蓋板的上方，便于輸電線路導線能方便穿過鐵芯，如圖4所示。

供電鐵芯為了滿足線路低啟動電流的需求和保證8W以上的功率輸出，采用雙鐵芯設計，通過線圈匝數的的變比，即保證了球體的安裝穩定性，又能有效提升電源的輸出功率和降低取能電源的啟動電流。具體外觀如圖5所示。

供電電源板為適應球形結構設計，采用圓形的設計，內置兩級防雷濾波設計，如圖6所示。發熱器件通過導熱膠墊直接貼至外殼結構件上，通過外殼對外傳導熱量。其輸出DC12V，功率輸出為8W以上。具體外觀如圖7所示。

4 結語

隨著電力系統的發展，特高壓輸電線路會越來越多，輸電線路特高壓分布式故障定位裝置的應用需求會越來越多。設計開發輸電線路特高壓分布式故障定位裝置，保證其裝置的可靠性對輸電線路的故障定位及預警有著重要的意義。

參考文獻

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