高壓輸電線路故障定位技術(shù)及應(yīng)用

葉海宏

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

一般輸電線路在發(fā)生故障后，故障點(diǎn)通常在線路上會(huì)產(chǎn)生向兩側(cè)傳播的暫態(tài)行波信號(hào)，其包括很多故障信息，因此，為了在識(shí)別初始行波的波頭方面精準(zhǔn)快速，對(duì)輸電線路故障的定位有著非常重要的作用。

1 輸電線路故障定位技術(shù)的作用

在電網(wǎng)維護(hù)當(dāng)中輸電線路故障定位技術(shù)有著很重要的作用，其主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：1）能夠節(jié)約時(shí)間。輸電線路故障定位技術(shù)的合理應(yīng)用在一定意義上能夠使得運(yùn)行維護(hù)人員能夠快速確定故障點(diǎn)，使維修人員減少巡線時(shí)間。2）降低經(jīng)濟(jì)損失。在輸電線路當(dāng)中如果產(chǎn)生故障，難免會(huì)帶來相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，故障定位技術(shù)的合理應(yīng)用能夠讓運(yùn)行維護(hù)人員在對(duì)故障點(diǎn)確定之后及時(shí)地排除和維修，降低經(jīng)濟(jì)損失。3）能夠?qū)€路薄弱點(diǎn)實(shí)施合理的分析。輸電線路有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)故障都是產(chǎn)生在線路的薄弱部位，而故障定位技術(shù)的應(yīng)用使得運(yùn)行維護(hù)人員能夠及時(shí)對(duì)薄弱部位進(jìn)行分析，從而采用科學(xué)合理的措施實(shí)施保護(hù)，避免其產(chǎn)生永久故障，使得線路維護(hù)成本降低，將輸電線路的安全以及穩(wěn)定性不斷提升。

2 高壓輸電線路故障定位技術(shù)及應(yīng)用

在輸電線路產(chǎn)生故障時(shí)，線路當(dāng)中通常會(huì)有動(dòng)態(tài)性的暫態(tài)電壓行波以及電流行波，這些暫態(tài)行波中通常主要有故障距離以及方向等故障信息。和阻抗法相比，行波故障定位方式不會(huì)受到過渡電阻以及系統(tǒng)振蕩對(duì)其產(chǎn)生的影響，采用行波實(shí)施故障定位現(xiàn)階段受到廣泛的應(yīng)用。

同時(shí)傳統(tǒng)當(dāng)中采用的雙端輸電線路已經(jīng)被逐漸淘汰，對(duì)于T 型線路來講，其有著節(jié)約投資以及輸送功率大等特點(diǎn)。這種輸電線路在相應(yīng)的電壓等級(jí)當(dāng)中應(yīng)用逐漸普遍，國(guó)內(nèi)外一些對(duì)T 型線路故障定位的算法也在不斷增大。下面主要就對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討。

2.1 輸電線路故障模型

通常在輸電線路當(dāng)中，短路故障比較常見。因此以下主要就針對(duì)短路故障相關(guān)方面進(jìn)行詳細(xì)的分析：

輸電線路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

線路結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：

圖1 T 型輸電線路示意圖

在 Matlab 當(dāng)中建立的仿真模型參數(shù)為：將線路電壓設(shè)置為 500 kV，頻率為 50 Hz，R、S、T 三端電源相位角分別為 0°、30°、60°。線路長(zhǎng)度 lRP=100 km 、lSP=150 km、lTP=200 km ，采樣頻率為 1 MHz，仿真時(shí)長(zhǎng)為 0.1 s。由線路參數(shù)，行波波速度約為 1 089 942 318.2×105km/s。

2.2 故障分支判別及測(cè)距

如圖 1所示，以對(duì) TP 分支所產(chǎn)生的單相接地短路故障作為案例對(duì)將故障分支進(jìn)行判斷。如果M 點(diǎn)產(chǎn)生單相接地短路故障，輸電線路當(dāng)中所產(chǎn)生的故障點(diǎn)其暫態(tài)電壓行波主要就是朝母線進(jìn)行傳播，并且其速度趨于光速向三端母線進(jìn)行傳播。在GPS傳播速度一致的情況下，能夠?qū)Τ跏夹胁ǖ綔y(cè)量點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，也就是tR、tS、tT。采用線路長(zhǎng)度lRP、lSP、lTP以及行波到測(cè)點(diǎn)的時(shí)間tR、tS、tT實(shí)施相應(yīng)故障的判斷，以此來對(duì)故障實(shí)現(xiàn)定位。

在對(duì)故障分支判別時(shí)主要通過以下相關(guān)公式計(jì)算：

式中，l作為兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的長(zhǎng)度，v 是行波速度。故障分支判斷的依據(jù)為：

dRT≤lRP且dRS≤lRP，說明故障在 RP 支路。

dRS≤lRP且dST≤lSP，說明故障在 SP 支路。

dRT≤lRP且dST≤lSP，說明故障在 TP 支路。

在完成故障分支的判定之后，實(shí)施故障測(cè)距：

故障在 RP 支路；故障點(diǎn)距離量測(cè)點(diǎn) R的 距離

故障在 SP 支路；故障點(diǎn)距離量測(cè)點(diǎn) S 距離：

故障在 TP 支路；故障點(diǎn)距離量測(cè)點(diǎn) T 距離：

在采用TT 變換當(dāng)中的輸電線路行波故障定位步驟主要有：1）采用仿真來對(duì)三端線路的電壓波實(shí)施獲取。2）在對(duì)截取的故障前后三相電壓波形同時(shí)實(shí)施相應(yīng)的相模變換解耦。3）在獲得其α模分量之后實(shí)施TT 變換，從而獲得相應(yīng)時(shí)間序列的矩陣。4）在對(duì) TT 變換之后的對(duì)角線元素進(jìn)行獲取，以此來對(duì)其相應(yīng)的序號(hào)實(shí)施傅立葉變換，以此來對(duì)完成變換之后的幅值-時(shí)間曲線進(jìn)行故障，按照故障行波達(dá)到的時(shí)間，也就是tR、tS、tT，對(duì)故障分支做好判斷。5）在對(duì)故障分支判定之后，應(yīng)用公式（4）（5）（6）來對(duì)故障的距離進(jìn)行計(jì)算。

圖2 R、S、T 端α模分量

2.3 仿真分析

在 Matlab 中實(shí)施T 型輸電線路模型的搭建，其中的參數(shù)要求主要就是按照實(shí)際的輸電線路來獲取，同時(shí)仿真線路主要呈現(xiàn)的是 RP 分支及 P 節(jié)點(diǎn)附近所產(chǎn)生的故障狀況。

仿真算例：

如果線路 RP 分支和R 端的距離在50 km并且時(shí)間在0.035 s 時(shí)，在 A 相部位產(chǎn)生接地故障，故障的時(shí)間通常在0.035 s～0.039 s，過渡電阻為 50 Ω 。

在對(duì)運(yùn)行一段時(shí)間的單端母線故障電壓行波獲取之后，采用克拉克相模變換對(duì)于其實(shí)施相應(yīng)的解耦，同時(shí)在對(duì)α模分量獲取之后，完成解耦的結(jié)果如圖2所示。

由于在實(shí)際的應(yīng)用中，相應(yīng)的電壓行波信號(hào)都在上添加高斯白噪聲，對(duì)α模分量波形傳輸?shù)侥Ｐ彤?dāng)中實(shí)施 TT 變換，從而獲取一個(gè)時(shí)間矩陣，在由TT 變換所獲得的對(duì)角線元素序列之后實(shí)施傅立葉變換，以此獲得一個(gè)幅值-時(shí)間。

在這當(dāng)中，測(cè)的行波首波頭到達(dá)的時(shí)間 R為 176采樣點(diǎn)，S為694個(gè)采樣點(diǎn)，T 為866個(gè)采樣點(diǎn)，也就是tR=000176.0 s，tS=000694.0 s， tT=000866.0 s，將其帶入公式（1）（2）（3）可以獲得 dRS=903.49km， dRT=967.49 km， dST=064.150 km，從而有效的滿足RP 分支故障判斷條件，因此可以判定 RP 支路所呈現(xiàn)的故障。同時(shí)采用測(cè)距公式（4）可以知道 dRM=925.49 km，其誤差主要為 75 m。

3 結(jié)語

總之，在T 型輸電線路當(dāng)中，對(duì)于上述相關(guān)狀況實(shí)施仿真分析，以此可以看出，在應(yīng)用 TT 變換當(dāng)中輸電線路行波故障定位方式能夠很好地對(duì)故障分支合理判斷，并且將其故障及時(shí)定位，有著很好的準(zhǔn)確性，因此在實(shí)際的應(yīng)用中可以大力推廣。