高压交流输电线路故障行波定位技术综述

高压交流输电线路故障行波定位技术综述

周金瑞

韶关供电局，512000

摘要：随着电网的扩大和结构的日益复杂，用户对电力质量的需求不断增加，从而促进了电力系统的迅速发展。传统的故障定位方法已不再适应新时代电力系统的要求，因此，必须研究迅速、准确和可靠的电网故障定位方法，并扩大其应用前景。迅速可靠地清除故障线、迅速准确地定位故障点和迅速修复故障线，对于整个电力系统，特别是智能电网和能源互联网的安全、稳定和经济运行至关重要。

关键词：输电网；故障定位；行波；高精度检测

引言

电能的传输依赖于输电线路，其中跨省市的远距离送电通常采用高压直流输电线路。由于传输距离通常较远，跨越的地区地理环境，气候环境恶劣导致高压直流输电线路发生故障的概率较高。因此，快速准确的找到故障位置，不仅能让人工巡线的难度大大减小，同时可以加快故障修复的速度，在短时间内恢复稳定供电。

1在线监测与状态监测的关系

目前，仍会有一些电力从业者混淆在线监测和状态监测，认为它们是同一件事情，然而它们并不相同。在线监测技术是通过一些监测设备获取设备的运行状态参数，并且不会影响输电线路的正常运行，而其获取的设备状态信息支撑着状态监测的运行。状态监测包含在线监测、离线检测以及一些线路试验等，其是基于设备的实际运行情况，通过分析设备绝缘参数的变化，来检测输电线路是否存在故障，同时也能分析出所要检修的项目，具有非常强的目的性和实时性。因此，状态监测也可以概括为“当修即修，不做无为检修”。输电线路的故障诊断还不能完全依赖在线监测的分析结构，主要有以下原因：第一，其在线诊断系统还需要进行完善，需要积累大量的诊断数据，逐步细化故障类型，同时，还需要建立设备参数与故障类型的数学逻辑关系，从而增强在线监测的故障诊断成功率；第二，其技术标准、诊断导则以及故障判断算法还需要长期的发展，在线监测系统的灵敏度、稳定性以及智能程度直接决定了故障诊断的成功率。

2行波定位发展进程

大部分典型的故障距离测量技术都是基于工作频率的电量，阻抗法得到广泛应用，阻抗法利用故障时测量的电压和电流计算故障电路的阻抗，以估计故障距离。随着高速数据采集技术和电磁暂态理论的发展，基于行波理论的故障测距技术逐步发展，行波故障测距技术的出现极大地促进了定位技术的发展当前，理论上行波故障距离测量技术在各种距离测量方法中具有最高的距离测量精度。故障波定位技术首次应用于交流电路。董新洲等国家利用GPS进行线路波故障测距研究，研制了xc-11线路波故障测距装置，并于1996年成功投入使用。在此基础上，提出了一种基于整个传输网络的GPS行波定位系统，可测量故障行波头到达每个变电站的准确时间，并通过规划确定故障行波位置，大大提高了波定位技术的精度和可靠性根据故障波的波形特征，国外holbeck提出了根据故障电流确定故障距离的定位方法，但该方法只能用于接地故障定位等等。分析示波器获取的电压和电流波形，并将其应用于故障定位。

3高压交流输电线路故障行波定位技术

3.1设计过程中的故障排除

输电线路的设计不仅关乎输电线路的使用寿命，对后续的维修及维护工作产生直接性的影响。因此，输电线的具体设计需着重考虑以下因素：一是当地环境，输电线路设计要考虑天气情况，优先排除气候变化的影响；二是遵循合理性要求，要想确保输电线路的合理设计，则需基于现场施工实际情况，避免线路设计与施工现场实际情况产生冲突而影响居民的正常生活；三是做好防护相关工作，避免后期出现问题，帮助电力企业节约人力与物力，促进企业经济效益的提升。

3.2导线舞动与风偏监测

高速公路收费站点分布比较广，而高速隧道更是分布在崇山峻岭中，其输电线路要实现超长距离送电的需求，塔杆站点之间的距离会被增至极限，而所经过的区域有可能存在极强的风力，如山顶塔杆会受到风力影响而产生晃动，此时风速也会影响导线，从而引发输电线异常舞动，一旦形成导线舞动，就有可能持续数个小时的异常，这会造成金具磨损严重、塔杆坍塌、导线断裂、断股、烧伤、跳闸等一些故障，对输电线路具有非常大的破坏性，甚至造成大面积的停电事故，从而影响居民的正常生产生活。对于此种故障，输电线路在线监测需要做到以下方面：第一，准确实时监测导线绝缘子串风偏角度、仰角参数以及导线跳线等重要数据参数，同时，也要观测周围环境状况，避免因风偏引发导线舞动，也可以根据该地区的导线风偏监测数据设计适合的线路绝缘子，从而减少因风偏引发导线舞动的概率；第二，实时观测输电线路导线周围的情况，要特别注意导线覆冰的情况，舞动振幅一旦持续一段时间超出标准，就要及时发出报警信息，并派遣工作人员去维护。

3.3加强设计的参数和防风研究

针对风向偏电的防治方法主要有以下两种：一是在具体施工前首先对当地的地形等数据展开全面测量，而后基于实际测量结果修改前期设计并确立新的设计标准，最后在具体施工时尽量避免突出物的安装，如脚手架等。安装完成后再严格校验塔头距离，确保间距满足设计的相关要求；二是积极联系当地气象部门获取风偏参数，在具体设计时将此影响因素考虑在内，并采用实时的检测系统定时测试线路杆塔，检验其是否处于正常工作状态。

3.4改进的1D-CNN-GRU混合神经网络模型

本文对1D-CNN-GRU混合神经网络进行了改进，首先设计了一种多尺度卷积模块，替换了原始网络中的单一输入层模块。多尺度卷积核可以提取不同精细度的特征，提高网络对特征信号的利用率。其次，为了减少模型的参数量和计算量，对网络进行轻量化改进。引入Ghost模块，并对其进行改进使其适用于一维数据，利用改进后的Ghost模块替换原网络中的卷积层，实现网络的轻量化。最后,在训练过程中利用Adam优化器代替传统神经网络中的随机梯度下降法来实现网络权重的更新，旨在提高模型的定位精度和鲁棒性。

3.5Ｆ型行波定位法

f型线路波定位方法的基本原理与e型相同，不同之处在于它们使用不同的临时线路波，前者使用触发故障线路断路器触点时产生的线路波。值得注意的是，e型和f型波定位方法很难区分故障点反射波和触发端断路器产生的初始过电压传输波，容易导致定位误差和降低定位可靠性。一端波定位方法的优点是设备成本低，故障定位受电路长度的影响较小，实时能力较高，但该方法存在原理缺陷，检测到的初始行波和反射波精度较高因此，从单个模块线头可靠识别第二个反向波是一个尚未解决的问题。

结束语

本文所提方法与上述文献中的定位方法进行综合性能对比，在定位精度上本文所提方法定位精度较高，误差范围在1km以内，抗噪声干扰的能力可达到30dB，耐受过渡电阻可达到600Ω，综合对比可知本文所提方法能够适用于远距离的输电线路的故障定位，具有较强的抗干扰能力，且定位精度高，误差范围在1km以内满足高压直流输电线路故障定位要求。

参考文献

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