分析高壓輸電線路故障定位技術對電網安全運行的影響

龐凱 楊森裕

摘 要：隨著智能電網體系的規劃與構建，我國電網整體上已呈現動態化。在此背景下，對既有的故障定位技術有很大的影響。因此，本文主要對高壓輸電線路故障存在的各種類型以及定位的各種方法進行分析與研究，盡可能地保障新時代電網的穩定、高效運行，為關注這一話題的人提供參考。

關鍵詞：高壓輸電項目;故障定位技術;電網運行

引言：

當今社會經濟飛速發展，用戶對電網安全、高效運行的需求與日俱增，在此基礎上，電網發生故障會造成巨大的經濟損失。加強對高壓輸電線路故障定位方法的分析與研究，有助于迅速定位故障，采取相關措施恢復供電，保證電網的安全、高效運行。

1高壓輸電故障定位技術的概述與作用

一般在輸電線路發生故障后，故障點會產生暫態行波信號，向兩側分散傳遞豐富的故障信息。關于高壓輸電線路的故障定位技術，通常是針對暫態行波的特點，對初始行波的波頭進行定位。高壓輸電線路故障定位的方法具體經過了四個階段的發展，首先是用膠片作為故障錄波器的記錄載體，通過靜態電子進行模擬分析，其次是行波法的應用，然后是微機型保護裝置的投用以及GPS的對民開放，為單端和雙端故障方法提供了技術支持，最后就是近年來智能算法理論的引入，使得輸電線路定位技術趨于智能化。

在電網出現故障時，高壓輸電定位技術的作用主要表現在以下幾點：第一，有助于減少經濟損失。電力行業是基礎保障行業，其特點是生產與消費同時進行，一旦發生故障，極易造成巨大的經濟損失，而通過高壓輸電故障定位技術的應用，可以幫助電網維修相關人員迅速定位與維修故障點。第二，能夠節約時間。電網是一個龐大而復雜的線路集合，合理地應用高壓輸電定位技術，能夠幫助維護人員盡快地確定故障點，減少巡線時間。第三，可以對線路薄弱點進行分析。在電網的運行過程中，很多瞬發故障都是產生于線路薄弱點，提前應用高壓輸電故障定位技術對相關薄弱點進行確定與維護，有助于避免線路發生永久性故障風險，提高線路的穩定性與安全性。

2為保障電網安全運行所運用的不同高壓輸電線路故障定位方法

2.1故障類型

根據高壓輸電線路發生故障的原因可以分為永久性故障與隱性故障。永久性故障根據故障的形式又分為短路故障與斷路故障，短路故障產生是多個導體對電基導體間的故障，斷路故障則是線路的導線斷裂導致的配電回路故障，永久性故障容易造成對輸電線路的整體機械性損害。隱性故障發展則具有不可預測的特點在正常電壓下不會被擊穿。

2.2定位方法

隨著無功補償裝置、柔性交流輸電裝置以及相關清潔能源并網的應用，我國電網更趨于動態化，既有的高壓輸電線路故障定位方法的精度受到了很大的影響。對當前存在的定位方法進行歸納對比，有助于探索更優的定位方法，實現對故障點的精準測量。

2.2.1線路分析法

線路分析法又可以分為阻抗法、電壓法與解方程法三種。

阻抗法指的是利用相應的測量裝置在高壓輸電線路發生問題時的電流值和電壓值進行測量，計算出阻抗值，然后根據阻抗值與高壓輸電線路長度的正比關系，對故障點的所在位置進行確認。阻抗法分為兩種類型，一種是單端測距法，分為工頻分量法和微分工程法，一種是需要GPS定位保證高精度時鐘條件的雙端測距法。

電壓法指的是利用發生故障時，故障處電壓迅速下降的特點，對參照線路的不同故障相電壓沿線路分布情況計算，找出故障相電壓的最低點位置，對應完成故障測距的目的。

解方程法根據相應的線路參數和系統模型等，帶入測距點的電壓和電流等，通過解方程的方式進行故障點確認[1]。

2.2.2智能法

智能法是應用智能理論算法，基于神經網絡與專家系統，將智能技術進行交叉結合，從而對高壓輸電線路故障點進行確認的方法。專家系統是一種以專家經驗為基礎，針對不同故障進行知識處理與快速定位的系統，而神經網絡系統的原理則是通過樣本學習截取相關知識實現故障定位。

2.2.3行波分析法

所謂行波分析法是指對高壓輸電線路故障產生時的暫態行波信號進行采集，利用相應的分布參數模型進行分析與計算，從而獲取故障距離的一種方法。具體原理是將故障產生時的暫態行波視為一個與故障大小相等、前方向相反的壓力源作用下發出的行波，該行波會向沿線路兩端進行傳播往返，最后趨于穩定。行波測距方法大致分為A、B、C、D、E、F六種，A型定位根據行波波頭到測量點往返的時間確定距離，B型根據故障點行波到母線的時間確定故障點位置，C型是利用相關測距裝置發射的直流脈沖的往返時間確定故障點位置，D型利用不同暫態行波到達母線的時間差計算故障點距離，E、F型則利用故障發生進行重合閘時的暫態行進行相關的故障定位工作，其中ABCD于傳統范圍內的行波測距方法。

2.2.4區段定位法

區段定位法指的是通過在高壓線路的節點處安裝相應的故障檢測器，在故障發生時便于及時分析故障信息，實現區段定位，進而迅速確定故障點的一種方法。探測器一般有故障指示器和線路FTU兩種。

3不同方法對比分析

在高壓輸電線路的實際應用過程中，對高壓線路故障定位方法有著關于經濟性、精準性等方面的要求，在此基礎上，對當前存在的各種定位方法進行對比分析，有助于維護人員選擇最為合理的故障測距方法。

與其他高壓輸電線路故障定位方法相比，故障分析法簡單且便于實行，但極容易受到多種因素的影響，嚴重影響了高壓輸電線路故障定位的精準度。導致定位不精準的原因具體分為以下三種：第一，線路參數問題。在運用故障分析法中的解方程法時，常常需要應用到設置好的線路參數和系統模型，而實際情況中，高壓線的參數會受到諸如氣候天理、地理位置、電阻分布、地質情況等多種因素影響，增大誤差率。第二，數據采樣時的同步性問題。在進行雙端測距的時候，常常需要對兩端信息進行同時采集，GDP技術的民用為這個技術提供了應用的可能性，但是由于相關設備在實際應用過程中表現出來的滯后性，還是影響到了高壓輸電線路定位的準確性。除此之外，故障分析法不適用于同桿雙回線路以及帶串補電容線路的故障精準定位。

區段定位法在實際應用過程中，定位精度容易受到信號干擾，同時在小電流接地故障的檢測中應用效果并不理想，使用場景多有限制。

基于神經網絡與專家系統的智能法與傳統故障定位技術相比，具有響應、處理速度快，計算準確率高等優點，但智能法由于相關研究剛剛起步，理論上面臨著專家系統知識瓶頸，技術上神經網絡的硬件難以對理論進行適配的問題。

與傳統的故障定位技術相比，行波法更具精準性，但在實際應用過程中存在著諸多限制，首先在行波獲取過程中，為了避免電容式電壓互感器對行波傳變造成影響，就需要串聯電感線圈與電容式電壓互感器的接地，從而獲得暫態行波，或者應用相應的行波傳感器對CTV接電線的電流進行耦合，也可以達到相應目的。其次在識別波頭時，傳統的小波變換法容易受到外界因素的干擾，而HHT法則能夠對信號本身進行分解，但信號本身容易被噪音干擾，從而影響故障點的精準定位。最后，由于行波在實際傳播過程中會受到多種因素的干擾，比如過渡電阻、大地電阻等，為了盡可能地減少誤差，應該運用比地膜更加穩定的線模[2]。

結論：為了保證電網的安全、高效運行，必須做好高壓輸電線路故障定位工作，本文主要對當前存在的各種故障定位方法進行分析、對比，針對性地指出各方法的優劣處，以期對相關高壓線路維護人員的工作起到一定的借鑒作用，對相關研究人員在故障定位方法的優化上起到一定的參考作用。

參考文獻：

[1]王素云.淺談高壓輸電線路接地故障的定位技術[J].電子元器件與信息技術，2020，4（07）：141-142.

[2]葉海宏.高壓輸電線路故障定位技術及應用[J].中國新技術新產品，2018（23）：71-72.