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架空输电线路跳闸故障智能诊断张楠

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：张楠

[导读] 摘要：输电线路在运行的过程中很容易受到各种自然因素的影响，其中包括雷电和腹冰等形式。电力线路在受到影响之后很容易出现跳闸事故。

        (国网乌鲁木齐供电公司新疆乌鲁木齐 831100)
        摘要：输电线路在运行的过程中很容易受到各种自然因素的影响，其中包括雷电和腹冰等形式。电力线路在受到影响之后很容易出现跳闸事故。不仅给电力系统的运行造成严重的影响，还会留下一定的安全隐患。因此，在架空输电线路跳闸故障发生之后，工作人员只有做好诊断工作才能够保证电力线路运行的高效性。现如今，国内对于智能诊断的研究还有待完善。
        关键词：架空输电线路；跳闸故障；智能诊断
        引言
        故障智能诊断技术分为定位技术与识别技术，前者是以分布式行波检测技术为基础，具有独立性，不易受到接地阻抗的干扰，具体的定位模式是先找准区间，再具体精准地定位。故障识别技术则是建立在行波监测技术基础上，凭借获得行波电流并分析其特征来对应达到故障类型鉴定的目的。
        一、架空输电线路跳闸故障智能诊断的研究现状
        1.1故障类型识别
        引起架空输电线路跳闸故障的原因是多方面的，比如雷击闪络、外力破坏、鸟害闪络、线路风偏、污闪络及覆冰闪络等等。识别故障类型是进行智能诊断的第一步，也是非常重要的一步，对于后续故障分析与处理具有重要的意义。由于传统方法通过对门槛值进行设定并依据特定逻辑关系实现故障类型识别，但在故障发生后电流、电压等重要信息都随着电力系统的运行方式与故障的发生位置、阻抗、时刻等发生变化，所以传统方法对这种变化可能会有所不适应。为了应对这种局面，国外利用模糊集方法、神经网络方法等对新式故障识别方法进行研究，以便克服外在影响，保证故障识别的可靠性。
        1.2故障测距
        1.2.1阻抗测距。假定输电线均匀，根据不同故障类型计算出回路的阻抗、电抗，由于其测量值与故障点距离成正比，通过除以单位阻抗、电抗值即可测出。但其精度较差，且不能消除过渡阻抗、负荷电流及对侧运行阻抗等因素的干扰。
        1.2.2行波测距。依托行波传输理论来进行测距，跳闸后故障点会出现暂态行波，利用波头抵达两测量端的时间差即可完成定位。该方法具有较高的精度与可靠性，但存在硬件成本高、反射波识别困难等问题。
        1.2.3故障分析法。在确定电力系统的运行方式及参数时，故障线路两端的电流、电压均与故障距离购成函数关系，通过分析计算即可确定故障距离。该方法投资较小、精度较高，但仅限于各种参数已知的线路。
        1.3故障诊断
        目前在诊断输电线路跳闸故障方面，已经应用了包括专家系统、人工神经网络、随机优化技术等在内的多种人工智能技术，并已取得了若干成果。早期，故障诊断多采用专家系统技术进行，即将专家经验以某种形式表达出来并存储于知识库，在故障发生时调用出来进行针对故障的逻辑判别，并将诊断的推理过程及结果向客户解释。该方法简单易用，但容错性比较差且获取知识较困难。另一种方法是随机优化方法，该方法将故障诊断基于工程实践来表述称关于整数优化的问题，再进行全局优化寻找问题最优解。鉴于人工神经网络具备很强的联想能力、泛化能力与自学习能力，该方法具有较强的容错性和并行计算优势，逐渐引起业界广泛重视。

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        二、架空输电线路故障智能诊断系统的基本构成及应用
        2.1　智能诊断系统的基本构成
        智能诊断系统基本构成相对复杂，它按照分层分布式体系结构设计，并由现场监测终端、工作站以及数据中心三大部分共同组成。这里数据中心能够提供WEB服务查询功能，满足现场监测终端中数据传输与工作站之间的有效广域网衔接。本文以系统中的现场监测终端为例展开探讨。现场监测终端能够在每一次故障发生后都完整记录它的瞬态行波电流，并通过分析故障瞬态行波差异来确定故障类型，看其是否是雷击故障还是非雷击故障。如果是雷击故障还要进行进一步的故障类型确定，看其是绕击故障还是反击故障。现场监测终端为了监测行波数据还特别设置了GPS时钟数据计算模块，它能够对已存在故障点进行计算并精确确定故障点的位置，所以总体来看该智能诊断系统属于开放型、学习型系统，能够在长期的故障判断实践行为中积累经验，最终形成针对各类故障的识别能力体系。
        现场监测终端作为智能诊断系统的核心部分，它就包括了负责监测工频负荷电流、工频故障电流以及实现行波电流信号检测的传感器线圈检测单元；能够对传感器所检测信号进行采集、分析与诊断的数据采集分析单元；能够上传采集信号处理结果的通信单元。上述分支部分帮助现场监测终端第一时间发现线路故障电流与雷击电流，并将这些威胁因素快速远程通知给智能诊断监控系统。同时现场监测终端也接受来自于监控系统所下传的各种参数设置与命令，确保现场监测终端与远方监测系统能够实现基于软件功能的双向数据通信行为，以完成对故障的定位及识别。
        2.2　智能诊断系统的实际应用
        智能诊断系统能够指导架空输电线路开展相应防雷措施，保证输电线路安全，避免出现跳闸故障。
        智能诊断系统所开展的架空输电线路防雷措施主要以差异化防雷为主，这种防雷措施消耗成本较低，却能显著提升输电线路本身的运行可行性。在系统中，就存在雷电定位子系统，它能够有效评估输电线路的走廊落雷密度，预判线路跳闸故障发生的可能性。但考虑到架空输电线路走廊相对复杂且绵长，所经历的地形及气候类型也相对复杂多变，所以智能诊断系统就会启用现场监测终端来实时监测雷击避雷线耦合电流与绕击导线未跳闸电流，基于上文所述的故障定位原理来进行针对雷击故障的雷击点定位，精确判断可能出现的雷击角度，与雷击定位判断结果形成技术互补，提高整体判断结果精确度。在雷电定位系统辅助下，智能诊断系统对架空输电线路的故障定位、识别与排查等环节相对紧凑，其中主要针对架空输电线路的防雷薄弱环节进行技术加强，将其作为重点防护区域来进行监测调整。另外，架空输电线路的跳闸故障原因识别主要根据输电线路暂态行波监测技术展开，系统能通过故障提取来确定闪络通道行波电流特征，基于此来实现对闪络通道中不同故障类型及故障原因的有效识别，这也证明了智能诊断系统在故障定位及识别过程中的高效率性与智能化。
        三、结论
        随着我国输电线路的快速发展，线路供电能力提高，平均跳闸率降低，但线路跳闸故障维护仍存在一些问题，故障查找、维修时间长，维修难度大。将故障智能诊断系统应用在输电线路中，准确定位故障位置，采集故障数据，分析故障性质，采取及时有效的维护措施，保障线路正常运行。
        参考文献：
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        [2]张文娜,闫艳云,李志峰,赵华峰,王晓剑.架空输电线路雷击跳闸故障分析及防范措施[J].电气技术，2014,(04):100-103.
        [3]刘刚,席禹,唐军,李恒真,邓琳,许志恒.高压架空输电线路引雷对附近10kV架空配电线路雷击跳闸特性的影响[J].高电压技术,2014,(03):690-697.