高压输电线路故障性质辨识方法

摘要：在我国经济实力逐渐壮大，科学技术不断创新的今天，电力事业得到了迅猛发展，电力系统的规模也在不断地扩大。高压远距离输电线路日益增多，输电线路无论在传输功率还是电压等级上都在不断提高，进而高压输电线路将来逐渐会成为电力系统最主要的输电网络。高压和特高压输电线路将来不仅要承担输送大功率电能的任务，还要负责联络各大电网，使其能够联网运行。关键词：高压输电线路；故障性质；辨识方法引言随着时代的发展，电力的应用已经普及到了生活的方方面面，自适应重合闸技术的核心是可靠、快速区分永久性故障和瞬时性故障。为使故障点快速熄弧，降低恢复电压幅值，现有输电线路的中性点大多安装并联电抗器。对带并联电抗器的高压输电线路发生瞬时性故障进行研究，得出输电线路出现恢复电压拍频现象的原理，并总结出拍频周期的计算公式。根据输电线路恢复电压特性绘制出包络曲线。输电线路永久性和瞬时性故障包络曲线斜率区分度很高，基于此，提出了输电线路故障性质辨识方法。1故障性质识别判据高压输电线路发生单相接地型永久性故障时，线路对地电容存储的能量通过大地迅速放电，无法形成电磁振荡，故故障点电压中无自由分量电压，无法出现拍频特征现象，开关彻底分开，电弧熄灭后，故障点的恢复电压的极值接近一致，极值点间斜率几乎为零。而线路发生瞬时性故障时，由于拍频现象的出现，极值大小差距很大，两正极值点间斜率远大于零。根据上述分析，不同故障极值点间斜率的不同，提出新判据：采集输电线路首端恢复电压阶段的电压并求出其极值，根据极值构造出包络线曲线，实时计算出两相邻正极值点间包络曲线上各点的斜率值，用斜率平均值作为比对值。当计算出的平均斜率明显大于零时，判断输电线路发生瞬时性故障，反之，判定为永久性故障。2.1故障分析法双端数据的故障分析法。在故障测距时，该种方法主要是依据一端电压、两端电流进行，如基于线路两侧零序电流的比值，可以将单相接地故障的位置测算出来。但是缺少对分布电容作用的考虑。另外，在不同运行模式下，需要预先画出线路下零序电流分布曲线，运行模式与实际测距结果有着密不可分的关系。(2)单端数据故障分析法。解方程法、阻抗法、电压法就是单端数据故障包含的几种方法。解议程法主要是参照系统模型与输电线路参数，对测距点的进行测量，得出电流与电压，进而运用解方程的方式获取故障点距离。阻抗法主要是系统故障时，对线路一侧进行测量，获取电流值与电压值，在运用计算获取故障回路的阻抗，故障区和被测量区的距离与阻抗形成正比，从而获取故障距离。电压法主要是发生故障处的电压值在线路故障时会急剧下降，并通过计算各种故障相电压的沿线分布状况，获取故障相电压的最低点，满足故障测距的标准。2.2测距与故障识别技术本系统将输电线路分割成若干小段，充分利用故障行波到达故障区段两端时暂态电流行波极性相反以及衰减和变形因素影响较小的特点，采用小波变换可准确定位波头到达时刻，根据行波波头到达终端的时差进一步将故障定位到杆塔之间，因此双端测距方法的精度比较高。当故障发生在变电站与最近的分布式故障诊断装置之间或双端测距不具备条件时，故障诊断系统将采用单端测距原理，通过适当的数据处理算法，反射波头位置定位的误差可控制在允许范围内。针对户外雷击与非雷击故障，本系统充分利用雷电流剧烈冲击放电过程中雷电流的行波波尾通常比线路故障行波的波尾明显要小的特点来区分雷击与非雷击故障。雷电击中绝缘子串但未击穿之前，放电电流将在输电线路中感应出电流行波，其行波幅值通常较小且与绝缘子串击穿后的反击雷电流行波极性刚好相反，而绕击雷却没有这个现象的特征，依此来有效地识别绕击雷与反击雷。直接安装于户外的诊断监测终端工作环境恶劣，采样数据易包含较强的噪声，这给行波波头定位及高阻故障等弱故障的检出、测距精度都带来严重影响，此外雷击诊断中需要判断波头及波尾的宽度，在强噪声下可能会造成较大误差。为克服现有技术的不足，本项目采用了一种基于离散傅氏变换的快速算法（FastFourierTransformation,FFT）及数学形态法的信号去噪方法。即首先对信号采样序列进行FFT变换，根据FFT变换的结果计算出功率谱，按照功率谱能量占比和设定的阀值反推出信号频谱集中区域的宽度（即频域的有效截断长度），根据有效截断长度在频域进行FFT逆变换求取经过FFT初步降噪后的信号数据序列A；对得到的数据序列A进一步采用数学形态学滤波运算，先进行闭运算（膨胀后腐蚀）再进行开运算（腐蚀后膨胀）得到数据序列B，之后再对数据序列A进行开运算（腐蚀后膨胀）接着进行闭运算（膨胀后腐蚀）得到数据序列C，最后对数据序列B和C做中值运算得到滤波后的最终序列，信噪比得到显著提高。2.3利用无人机或是直升机展开突发故障的检测维修。人为开展高压输电线路的检修维护，通常是针对日常的设备损坏问题，而一旦出现突发情况，高压输电线路故障将直接导致该领域的电力输送安全。利用无人机和直升机展开空中巡逻，采集高压输电线路数据，通过专业软件建模分析采集数据，可以准确排查故障点和故障原因，从而在最短时间内展开故障检测维修，减少社会经济损失。这不仅有效提高了输电线路智能化巡检水平，而且大幅度提高了生产检修作业质量和效率。2.4数据安全隔离技术本系统中数据传输通道涉及电力有线专网以及无线公网，信息网络传输环境复杂，特别是移动终端的引入，使得监测运维中心信息安全防护形势愈加严峻。本系统在传统输电线路状态监测安全接入技术的基础上，新增加了独立的移动终端App应用服务器，并通过电力专用的安全隔离装置与监测运维双服务器实现了数据安全隔离，降低其对监测运维主备服务器构成的数据安全风险系数。移动终端App服务器与移动客户端之间通过纵向加密装置以及内嵌式加解密卡实现信息的安全传输。安全加密芯片与分布式终端整机有机集成，最大化利用终端装置内部空间，低功耗、高可靠，信息传输通过无线APN专网与监测运维中心服务器进行交互；移动终端应用服务器与监测运维中心服务器之间采用正反向隔离装置物理隔离防护；移动端和移动端服务器采用纵向加密装置和信息加解密卡进行安全加密，提高信息传输可靠性。2.5全面、定期开展检修与维护工作高压输电线路的分布范围广、点多、面多，为了减少高压输电线路运行故障造成的用电事故、设备损伤，需要定期开展较全面的检修与维护工作。此外，需加强日常维护力度，增加维护与检修工作的综合性，从源头上保障高压输电线路的正常运行。结语电力系统稳定运行能否得到保证与准确处理和定位高压输电线路故障有着密不可分的关系。技术人员应深入了解各类故障测距方法与高压输电线路的运行特点，这样才能保证选用的测距方法更加合理，能对故障点位置进行准确的测出，从而促进电力系统的安全运行，为后续故障工作的顺利开展奠定基础。参考文献龙辉，黄晶晶.“十三五”燃煤