輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統探討

張利

（中國石化集團勝利石油管理局有限公司電力分公司，山東 東營 257000）

0 引言

電路故障會嚴重影響到輸電線路的配送，從而給生活和工作造成重大影響，因此針對輸電線路自動故障的診斷和定位，是當前相關電力研究人員和電力設備生產商一直研究的問題。通過實時、準確地定位輸電線路故障，并修復受損的線路，有利于提高系統的可靠性，輸電線路發生故障的情況下，系統可以及時自動識別故障情況，并收集故障數據后進行分析，最后以短信的形式發送給相關調度人員，而調度人員則根據故障情況制定出更加準確的修復和完善措施。

1 輸電線路自動故障診斷的重要性

當今社會人們用電量越來越大，因此供電質量的好壞、安全也是人們最為關心的話題之一。因此電力公司加強輸電線路自動故障的診斷研究，能夠快速發現輸電線路故障中存在的相關問題，由于電力輸電線路的種類比較多，在考慮到造價和施工要求的情況下，當前我國輸電線路主要以架空線路為主，其次才是電纜輸電線路[1]。但由于架空線路長期裸露在外，隨著時間的推移，架空線路很容易受到各種各樣的因素影響，如風雨雷電的破壞，從而影響到電力系統的穩定性，這對輸電線路的穩定、安全會造成嚴重的影響。對于輸電線路而言，穩定、安全是電力系統正常運行的基本條件，所以只有做好輸電線路自動故障診斷工作，才能及時發現故障的原因和故障位置，以最快的速度對故障位置進行維修，確保輸電線路保質保量的正常運行。

2 自動故障診斷和故障定位實時發布系統特點與優勢

2.1 特點

輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統的整體設計結構比較合理，且性能穩定可靠，因此在采用B/S的結構情況下，具有分布性、業務擴展性以及維護方便的特點。而在采用先進的算法過程中，由于故障定位的準確度高，所以故障定位采用混合型的輸電線路算法，能夠有效解決原有算法中存在的難題和問題，針對特殊線路，如110kV線路采用非均勻的算法，可以得到良好的參數線路，對于故障類型判斷是否準確，會使各故障的弧光電阻值更加精確。故障通報的可視化，利用衛星地圖的展示和短信的通知，在衛星地圖展示線路故障桿塔的過程中，具有更加直觀形象的效果，而故障結果通常會以GSM短信的形式進行實時通報給電力調度人員，使電力調度人員在最短的時間內對故障問題進行分析并制定出解決措施[2]。與此同時，將IEC61970/CM模型和104數據傳輸系統進行有效融合后，可以使用IEC61970/CM電網模型作為數據平臺，并從XML文件中直接獲得電網模型數據，有利于更好地形成電網模型與實施數據的有效映射。而通常情況下，采用IEC61970/CM通信規約的方式，能夠直接讀取到EMS/SCADA系統中的相關電網實時數據信息，對系統的通信可靠性和實時性起到了高度統一作用，促使相關數據更新變得更快，實時性變得更強。

2.2 優勢

傳統的輸電線路故障主要依靠變電站故障錄波器，對故障區域有著大致的范圍確定，但這種故障確定范圍誤差比較大，有時候甚至誤差可以達到10 km的距離。因此傳統的輸電線路故障定位不僅耗時、耗力，還會嚴重影響到輸電線的配電輸送，從而影響到人們的生活和工作需求。但是采取輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統后，該系統裝置通常采用瞬間大電流的方式，能夠直接判斷出接地短路故障或者雷電流經過的鐵塔[3]。當輸電線路出現跳閘的情況后，輸電線路運檢人員通過觀察遠程終端接收到的短信信息，就可以快速發現故障位置，從而避免了傳統的故障位置尋找情況，使用故障定位實時發布系統，不需要故障巡視就能夠知道桿塔位置，做到最短時間維修輸電線路，給電力工程帶來最大的經濟效益。

3 輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統模塊

3.1 故障診斷模塊

輸電線路自動故障診斷模塊通常支持輸電線路、母線、主變故障分析以及診斷功能，并且將IEC60870-5-104的通信和EMS系統連接在一起后，能夠獲得開關、保護信息的判斷重合。在故障診斷模塊中，對輸電線路和主要故障進行分析與診斷后，能夠使各運行系統之間存在著足夠的緊密聯系，并經過對重合信息的判斷，實現對故障位置的精準分析和計算[4]。經過分析診斷結果后，采取XML格式的方式對外發布觸發故障定位系統進行計算分析，最后生成對應的短信內容，使得整個信息接收到結果的響應時差不超過10秒鐘，具有極快的速度。

3.2 故障定位模塊

在故障定位模塊中，通常采用的是不同的算法，針對不同類型的輸電線路，采取支持性保護設備的工作特性，有利于更好地模擬輸電線路故障情況。常見的輸電線路類型包括輻射型線路、雙電源線路、非均勻線路以及長線路等，良好的故障定位模塊，可以更好地提供彩色電壓、電流波的繪制功能，同時針對波形圖還可以更加方便地復制到常用文檔中。隨著相關支持向量圖的繪制功能，可以顯示出電壓向量、電流向量以及單相有功功率等多種不同功率的計算結果，而不同的功率有著兩種不同的狀態，分別是實時在線分析和事后分析這兩種狀態。在實時在線分析模塊中，由于系統發生故障后可以自動匹配出不同路線端的故障文件，因此采用較為先進的算法進行故障定位分析，能夠避免多端故障定位實現自動補償而非同步采用所帶來的計算誤差[5]。隨著系統支持IEEE Comtrade標準格式的故障錄波數據文件被分析和儲存，因此在兼容不同生產廠的故障錄波文件中，需要采取多種不同的手段進行故障頻率以及波形曲線的變換，如放大和縮小、拉伸和壓縮等，對多種故障信息、距離、數據轉換等進行再計算的功能，如圖1所示。除過實時在線分析計算外，對事后故障分析狀態模塊能夠提供強大的功能性支持，該模塊通常具有故障定位結果的重新計算功能，利用該故障模塊的用戶可以根據需要的任意匹配實現對不同路段故障文件的任意選擇。

3.3 故障可視化模塊

在輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統中，故障可視化功能模塊主要采用Browser和Web Ser-vice這兩種技術進行實施發布。在信息發布的過程中，結合Web和GIS可以對系統發生的故障時間、距離、類型以及桿塔號準確地顯示在Web的瀏覽器中，有利于調度人員快速準確地得到相關的故障信息數據[6]。由于故障可視化系統通常是輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布的主要功能模塊，因此故障可視化模塊具有以下良好的特點，首先是可視化系統會結合Web和GIS技術，并運用GIS的輸電線路桿塔坐標進行可視化的建模。其次是利用WebFL定位故障距離精確推導出故障桿塔的位置，能夠使輸電線路故障桿塔更好地顯示出故障的形象化、直觀認知度。

4 故障定位算法

在輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統中，準確的故障定位對查找故障和提高供電可靠性都起到了關鍵的作用。因此輸電線路故障技術通常是電力系統的重要研究課題，具有多種不同故障定位方法，所以該方法在國內外輸電線路運行中受到了廣泛的好評，常用的輸電線路具體結構類型和參數中，使用FaultVista的系統都是以非均勻線路特殊算法和長線路混合型算法為主。針對那些新建的線路外，一般都會使用110 kV線路和220 kV線路作為主要的改造線路，使得線路的結構變得比較復雜，相關參數也會變得不夠規范，從而使同一條線路有可能會出現2-3段或者4-5段由不同型號組成的導線[7]。而在這種情況下，輸電線路故障定位方法在對非均勻線路的特殊算法中能夠克服傳統算法的不足之處，使測量的準確度得到提高，而在非均勻線路的特殊算法中，必須將非均勻線路等效成均勻線路并對故障位置進行有效計算后，才能得出非均勻線路精確的故障位置。在故障定位算法中，為了更好地解決長線路故障定位精確度不高的情況，通常會提出多端線路故障定位的混合型方法，這種方法定位基于采樣數據和相量。因此這些數據可以更加容易地從保護裝置和故障錄波裝置中獲取得到，而這些新的方法將相量與詳細的長線數字模型考慮在一起后，具有較低的成本和足夠的精確度，克服了原有基于相量故障的定位弊端，使故障定位的精確度更高。

5 結語

輸電線路自動故障診斷和故障定位實時發布系統的廣泛普及和應用，能夠有效提高輸電效率，通過及時對故障問題進行精準性判斷，在最短的時間內提出解決措施，并安排線路維修人員到指定的故障位置進行修復，有利于促使輸電線路在最短的時間內完成故障的維修，為我國輸配電線路提供了足夠可靠的保障。