基于停電狀態下的高壓輸電線路故障檢測方法的研究與應用

南網融資租賃有限公司 吳明亮

1 引言

電力系統建設至今，電網網架結構日益強大，各種保護措施日益完善，然而各種事故從未消失過，而帶接地線和開關尤為嚴重，輕者對設備造成破壞，重者對電網造成巨大破壞，甚至造成人身傷亡事故。高壓輸電線路置于野外，短則十幾千米，長則幾十上百千米，其中線路的任何一個節點發生接地現象對線路進行送電都有可能對設備及人身造成重大威脅，因此如何做到防止帶地線合閘具有重大意義。

2 高壓輸電線路運行現狀及解決方案

高壓輸電線路每年都需要進行檢修，搶修，配合停電等各項工作，工作人員停電工作時則需要在線路各側安裝臨時接地線，工作結束后再拆除，然后匯報當值調度人員，進行“五核實兩確認”，即“核實現場工作任務已全部結束、臨時安全措施已全部拆除、作業人員已全部撤離、現場自行操作的接地刀閘已全部拉開、保護裝置已完備投入、確認線路具備送電條件、確認已對線路狀態進行核實”。由于接地線是一種臨時安全措施，無法通過測控裝置將其位置信號上送監控后臺及調度監控系統，所以這一整個過程完全是由人在把控。

現實中經常因為各種各樣的原因有工作人員漏拆除接地線或者線路有工作而未及時通知調度，導致發生線路帶接地線而合閘的惡性誤操作事件。

同時，在高壓輸電線路發生跳閘重合不成功后，調度人員根據調度規程可以進行強送。由于發生跳閘后，調度員無法在遠方進行判斷線路故障是否已消失，往往只是根據兩側變電站的檢查情況進行試送或者直接強送，若遇上高壓線路斷線或者高壓線路發生接地現象且未消除該故障，則會發生再次跳閘的情況，巨大的沖擊電流會對整條線路及站端設備進行沖擊損害，甚至引起保護的誤動或者越級動作，從而擴大事故范圍。

為解決高壓線路送電前的“五核實兩確認”完全由人來把控，同時給調度員對非計劃停電線路進行強送或試送線路提供依據，本文提出兩種基于停電狀態下的高壓輸電線路故障檢測的方法。

第一種利用高壓線路接地時絕緣能力降低，絕緣電阻明顯降低的原理在送電線路兩側加裝絕緣檢測裝置，需要時調度遠方控制進行絕緣監測，再將檢測結果反饋至后臺及調度主站，調度員以此為依據進行送電操作。

第二種利用行波在高壓線路接地時發生反射及折射，波形發生變化再與入射波進行對比判斷線路接地與否，再將信號發送至變電站監控后臺與調度主站，調度員再根據所得信息進行送電操作。

3 調度遠方控制絕緣檢測裝置對高壓輸電線路的絕緣情況進行判斷

3.1 該方法的基本原理

高壓線路正常情況下未送電線，絕緣電阻為無窮大，而在發生接地故障時，線路的絕緣能力降低，接地現象未消失時趨近于零。以35kV 高壓輸電線路為例，選取2500V 額定電壓等級的搖表，由于絕緣搖表內部有一個線圈組成的發電機，通過手柄轉動來發電，在額定轉速度下在輸出端接上被測物體，就是在被測物體兩端施加一個2500V 交流電壓，在表的內部電路會檢測這個電壓在被測物兩端的漏電流，然后通過表頭動圈來指示絕緣值。根據絕緣電阻值的大小調度員判斷線路是否有接地或者有其他異常情況，以此作為是否送電的依據。

3.2 安裝方法及操作方案

絕緣搖表的安裝方案如圖1所示。

圖1 絕緣搖表的安裝方案

以某側變電站A 相為例，整套系統由控制回路、絕緣搖表、指示燈、調度遠方控制系統等組成。在開關CT 接線盒處，引入一個控制回路，控制回路中在絕緣搖表兩側接入常開的輔助開關，即采用常開接點，再與地相連接，日常正常運行狀態下，控制回路處于斷開狀態，即絕緣搖表與CT 之間、絕緣搖表與大地之間有明顯斷開接點，以此保證正常運行狀態下絕緣搖表與運行線路及大地之間是隔離的[1]。

其中根據不同電壓等級的高壓輸電線路采用不同電壓等級的絕緣搖表，為保證電力系統的安全穩定，絕緣搖表的啟動及觸發也通過二次回路接入調度遠方控制系統中的變電站測控裝置，接入后臺與遠動裝置的遙控點，通過變電站的遙控功能由變電站廠站端或者調度遠方控制。

在線路工作結束后或者線路跳閘后需要進行強送電前，即合開關之前調度員第一步先遙控啟動變電站任意一側的絕緣搖表，根據監控后臺信號確認絕緣搖表裝置正常。確認無誤后，第二步遙控合上控制回路中的兩側輔助開關，確認接電工作正常后，第三步觸發絕緣搖表進行升壓，以此得到絕緣電阻阻值。

3.3 根據測量數據判斷高壓輸電線路故障狀態

絕緣阻值與輸電線路狀態對應情況詳見表1。

表1 絕緣阻值與輸電線路狀態對應情況

電力調度員根據得到的阻值以此判斷線路絕緣狀態。如表1所示結論，如果得到的電阻值很大或者趨近于無窮大，一般不低于600～1000MΩ，則說明線路沒有接地等情況處于正常狀態，可以進行復電操作或者強送電、試送電操作。

若得到的絕緣電阻值很小或者趨近于零，一般小于400MΩ，則說明線路有未拆除的接地線或者線路具有接地現象未消除，此時則不可進行復電操作或者強送電、試送電操作，因為此時進行送電操作極有可能發生惡性誤操作事件，導致電網運行情況惡化。若得到的絕緣電阻值介于400～600MΩ，則說明線路有其他諸如接地未接死導致絕緣能力降低等情況發生，此時需要進行檢查線路方可送電操作。

4 利用行波在高壓線路接地時發生反射及折射時波形的變化比較進行判斷

4.1 基本原理

波的折射與反射是線路行波的一個重要特性。在電力系統中，均勻線路只在一定的條件下存在。行波在故障點處發生反射和折射如圖2所示。

圖2 行波在故障點處發生反射和折射

當行波沿導線運動時，如果線路的參數或波阻抗在線路中的某一結點處突然改變，在結點處將發生折射和反射，折射波與反射波的波形將發生巨大改變[2]，如圖所示，圖中在某處發生接地或其他異常情況時，輸電線路兩側波阻抗將不相等，反射波與入射波將產生巨大變化。

4.2 實現方法的接線方式

在某一線路間隔兩側變電站CT 引流線處接入一個信號發生裝置，送電操作之前啟動一側變電站的測距裝置產生一個入射波（高頻正弦波信號），由本側接收的反射波及另外一側測距裝置接收的折射波，利用裝置接收到的波形綜合進行比較判斷。

一是若對側測距裝置所接收到的高頻正弦波未失真則接收到完整的高頻正弦波，則判斷線路無接地現象或者斷線現象，電力調度員以此判斷可進行送電操作。

二是若對側測距裝置未能接收到高頻正弦波信號，則線路可能有斷線或其他異常情況，電力調度員以此判斷不應該進行送電操作。

三是若線路對側檢測裝置接收到的高頻正弦波失真（折射波），且發射端的測距裝置也接收到失真的反射波信號，則線路有接地現象，電力調度員以此判斷不應該進行送電操作。

4.3 該檢測裝置結構圖及實現方法

檢測裝置結構如圖3所示。

圖3 檢測裝置結構

其中信號發生器采用文氏橋氏振蕩電路，觸發產生一個設定的高頻正弦波信號（非工頻），進入數據采集單元，同時經功率放大電路放大后經過輸電線路CT 接線盒引流線處接入輸電線路中，行波在輸電線路中傳播，遇到接地現象時波形發生失真，反射波經高通濾波裝置再次進入數據采集單元，對側則接收到折射波。數據采集單元根據是否接收到設定的波形信號，向輸電線路中發送信號進行反饋。數據采集單元為雙蹤示波器原理，通過比對兩次行波的數據，將數據進行小波變換并且精準地時頻分析，將結果發送至數據分析中心，數據分析中心根據上述邏輯判斷線路運行狀態并顯示輸出。

5 結語

為解決臨時接地線無法上送監控后臺從而容易導致帶接地線合閘的情況，提出兩種解決方案。一種利用接地故障時輸電線路絕緣故障明顯變化，進行調度遠方控制絕緣檢測裝置對高壓輸電線路搖絕緣進行判斷；另一種利用行波在高壓線路接地時發生反射及折射時波形的變化，設計一種包含信號發生器、濾波裝置、雙蹤示波器等多個電子元器件的故障檢測裝置，主動遙控發送行波信號，通過比較結果從而使調度員能夠判斷線路能否進行送電操作，把握電網的最后一道防線。兩種方法均是利于現有成熟的設備進行組合，且理論技術成熟，可操作性強，具有可行性。