高頻波形架空線(xiàn)路短路故障中特征量監(jiān)測(cè)的故障診斷

文/劉憶魯 劉長(zhǎng)銀 侯艷權(quán) 趙晨宇

1 輸電線(xiàn)路分布式故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在本次研究中通過(guò)采用架空線(xiàn)路分布式故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)輸電線(xiàn)路的精準(zhǔn)定位，更能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)該故障原因的功能辨識(shí)。在這一系統(tǒng)架構(gòu)主要組成包括了客戶(hù)端、監(jiān)測(cè)裝置、中心站，針對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)通過(guò)按照間隔20km，分別保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)于A、B、C三相完成各自一臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置的安裝。對(duì)于采集的具體波形信號(hào)在監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)由GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)將有關(guān)信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)中心。之后數(shù)據(jù)中心經(jīng)過(guò)對(duì)具體波形信號(hào)加以分析，完成故障診斷。客戶(hù)端則可以經(jīng)由Internet實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，突破時(shí)空局限對(duì)故障問(wèn)題實(shí)時(shí)查詢(xún)，以查詢(xún)所得結(jié)果及時(shí)對(duì)故障巡線(xiàn)的故障處理工作落實(shí)安排。

2 短路故障特征量監(jiān)測(cè)辨識(shí)原理

對(duì)于不同類(lèi)別的故障原因分析其不同波形，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）出現(xiàn)雷擊故障情況下，雷云在經(jīng)由主放電通路注入至架空線(xiàn)路能量之后，在絕緣子組件傳輸介導(dǎo)下發(fā)生閃絡(luò)，出現(xiàn)了傳輸故障行波問(wèn)題；

（2）并未出現(xiàn)雷擊故障情況下，通過(guò)將故障點(diǎn)等效視為注入反向于系統(tǒng)電壓的直流電壓源。針對(duì)如上出現(xiàn)的兩種短路故障情況，最終形成的故障特征行波均存在較大不同。

通過(guò)在本次研究中提出借助短路故障的特征量監(jiān)測(cè)，對(duì)雷擊故障情況加以辨識(shí)，假若波尾的具體時(shí)間在40μs以?xún)?nèi)，那么便證明為雷擊故障，假若超出40μs，則表示并未雷擊故障情況。在運(yùn)用這一方法中整體診斷思路極為清晰，且物理概念也較為明確，并未需要對(duì)其完成大量計(jì)算。通過(guò)借助全面細(xì)致化的仿真驗(yàn)證計(jì)算，能夠有效得出運(yùn)用于輸電線(xiàn)路的故障原因有效辨識(shí)。

3 定準(zhǔn)故障定位原理

在本次研究中通過(guò)借助分布式故障波形診斷監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線(xiàn)路的不同區(qū)間合理劃分，完成了不同區(qū)間內(nèi)的行波具體定位，進(jìn)而精準(zhǔn)定位輸電線(xiàn)路的短路故障問(wèn)題。在輸電線(xiàn)路出現(xiàn)跳閘故障情況下，所產(chǎn)生了兩大信號(hào)電流監(jiān)測(cè)時(shí)，具體故障點(diǎn)的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，記錄的具體工頻故障電流信號(hào)等同方向，對(duì)于故障所在點(diǎn)的兩側(cè)工頻信號(hào)記錄方向是相反的。假若兩個(gè)故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)的區(qū)間長(zhǎng)度高達(dá)L，那么在故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)的發(fā)生A點(diǎn)，所距離M點(diǎn)為L(zhǎng)1，距離M+1該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離為L(zhǎng)2。

針對(duì)產(chǎn)生的線(xiàn)路故障問(wèn)題，計(jì)算故障點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、監(jiān)測(cè)點(diǎn)2之間的距離，公式如下：

式中：由故障點(diǎn)至M之間的行波電流具體時(shí)間假定為t1、由故障點(diǎn)至M+1的行波電流具體時(shí)間假定為t2，線(xiàn)路中的行波速率假定為V。

在GPS下具體提供的精準(zhǔn)相對(duì)時(shí)間t1，t2作為能夠定位所得的故障點(diǎn)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間產(chǎn)生的主要距離，因而所致達(dá)到定位目的。輸電線(xiàn)路的故障情況產(chǎn)生，在變電站及電流信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備之間，因此記錄了等同裝置的共品電流信號(hào)方向，行波電流傳播情況。借助如下公式（3）能夠?qū)收宵c(diǎn)的所在位置準(zhǔn)確計(jì)算。

式中：距離故障點(diǎn)的最近變電站行波傳播距離，監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的最終故障所在點(diǎn)監(jiān)測(cè)電傳行波，以及最近變電站的具體反射故障行波兩者之間差值假定為△t；介質(zhì)中的故障行波具體傳播速率假定為V。

4 應(yīng)用實(shí)例

于2016年8月25日，在某地一條220kV的輸電線(xiàn)路出現(xiàn)突發(fā)跳閘故障情況，輸電線(xiàn)路分布式故障定位，對(duì)該線(xiàn)路的終端及時(shí)動(dòng)作展開(kāi)監(jiān)測(cè)，經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)產(chǎn)生了高頻暫態(tài)電流波形，對(duì)于該故障情況的產(chǎn)生最終確定是雷擊故障情況。對(duì)于故障點(diǎn)的監(jiān)測(cè)定位最終確定是50號(hào)桿塔。該條線(xiàn)路在25日當(dāng)天所產(chǎn)生的突然跳閘故障情況時(shí)，具體的高頻暫態(tài)電流波形，發(fā)現(xiàn)波尾在10μs左右，（在低于40μs情況依照上文所述），輸電線(xiàn)路的分布式故障定位最終終端監(jiān)測(cè)，判定該故障為雷擊故障。進(jìn)一步對(duì)出現(xiàn)雷擊故障情況的精確時(shí)間確定為14:14:21319毫秒，經(jīng)過(guò)對(duì)雷電定位的系統(tǒng)數(shù)據(jù)加以查詢(xún)，發(fā)現(xiàn)在這一階段的線(xiàn)路走廊出現(xiàn)過(guò)一次落雷情況，且雷電流的最終幅值相較耐雷水平明顯超出，也證實(shí)此次發(fā)生的故障問(wèn)題確是雷擊故障。

在#85桿塔中的安裝終端監(jiān)測(cè)設(shè)備，經(jīng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)最終所測(cè)故障問(wèn)題電流行波波形。對(duì)于該波形情況的記錄，主要是對(duì)于行波故障電流，于變電站距離故障點(diǎn)的反折射所致，經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)發(fā)出行波電流之后，經(jīng)由#85號(hào)桿塔終端監(jiān)測(cè)裝置，之后在途徑故障點(diǎn)及變電站的多次反折后，再次經(jīng)過(guò)#85號(hào)桿塔。而該桿塔的所在位置，處于變電站的出口第一基，處于T1及T2這兩個(gè)不同時(shí)段下，實(shí)現(xiàn)的波頭重新疊加。由上圖可以發(fā)現(xiàn)，行波電流由原本故障點(diǎn)距離#85號(hào)桿塔，實(shí)現(xiàn)的行波電流時(shí)間在112μs，而故障點(diǎn)距離#85號(hào)桿塔兩者之間約16.2km距離，經(jīng)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)約等于#50號(hào)桿塔距離#85號(hào)桿塔。那么最終即判定了故障點(diǎn)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確位置在#50號(hào)桿塔附近區(qū)域。

經(jīng)雷電的定位系統(tǒng)結(jié)果，通過(guò)對(duì)雷電的落雷定位時(shí)間確定是2016年8月25日14:14:21319毫秒，相距最近距離為#48～49號(hào)桿塔，一致于本次系統(tǒng)的最終故障診斷結(jié)果，也進(jìn)一步證實(shí)了基于短路故障特征量監(jiān)測(cè)的故障高頻波形架空線(xiàn)路故障診斷結(jié)果精準(zhǔn)性。通過(guò)依據(jù)排查現(xiàn)場(chǎng)的故障問(wèn)題，能夠發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路的#50號(hào)桿塔，在測(cè)絕緣子碗口出現(xiàn)跳線(xiàn)放電痕跡情況，進(jìn)一步判定了本次引發(fā)突然跳閘故障為雷擊故障。

5 結(jié)語(yǔ)

在本次研究中通過(guò)提出了基于短路故障特征量監(jiān)測(cè)的故障高頻波形架空線(xiàn)路故障診斷方案，經(jīng)過(guò)本次研究結(jié)合案例，發(fā)現(xiàn)針對(duì)220kV架空線(xiàn)路，展開(kāi)精準(zhǔn)故障定位及原因辨識(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)巡線(xiàn)之后發(fā)展結(jié)果準(zhǔn)確度較高，對(duì)短路故障的特征量監(jiān)測(cè)此方法論證可行，能夠?qū)Σㄐ位兗八p故障問(wèn)題有效克服，進(jìn)而對(duì)故障高頻波形架空線(xiàn)路的診斷可靠性及準(zhǔn)確性有效提升。