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摘要：高压输电电路在保证电能正常供应，促进社会各项活动有序进行上发挥重要作用。高压输电线路所跨区域较大，线路经过环境复杂，影响因素多，一旦出现故障为给人们的正常用电带来一定的影响，如何对发生故障的位置进行准确定位，及时排除故障，将故障造成的损失降到最低，是电力部门研究的重要内容。本文对高压输电线路故障定位关键技术进行相关探讨，以供参考。
关键词：高压输电线路；故障定位；关键技术
高压输电线路是我国电网的重要构成部分，其主要通过对电压升压进行远距离输电，在促进我国国民经济发展上发挥关键作用。因高压输电线路经过的区域复杂，各种突发状况难以预料，高压输电线路出现故障时有发生。为尽快的发现、定位、排除故障采用人工方式显然是不可取的，这就需要研究出高效的故障定位技术，提高高压输电线路故障排除效率。
一、无需输电线路参数的定位技术
众所周知，当前我国高压输电线路结构复杂，覆盖范围广，基于对输电线路参数分析进行故障定位，容易受输电线路参数波动影响，导致故障定位精度下降，而无需输电线路参数的定位，可排除输电参数的干扰。该种定位技术依据的原理为：基于故障时正负序网络两端电压与电流的关系，构建对应的测距方程实现对故障位置的定位。
应用该故障定位技术时需要构建相关的输电线路模型，给后续故障定位、分析工作提供依据。该故障定位技术的输电线路模型主要有依频参数模型、集中参数模型以及分布参数模型。在输电线路模型的基础上需要推导出定位算法才能实现故障的定位。以一双电源供电的三相输电线路为例进行定位算法的推导，即，假设线路出现短路故障，安装在线路两端的采集设备会及时采集故障线路的电流与电压参数。运用对称分量法不难求出故障正、负序电流以及正、负序电压，最终推导出的结果并不含有输电线路参数。但应用该算法的关键在于线路双端采集的数据应在时间上同步，因此，需要应用GPS时间同步装置。完成数据采样后进行滤波处理、分析便可实现对故障位置的定位。
为检验该定位技术的定位精准度应用之前需对其进行仿真。使用matlab软件分别将该定位技术应用在110kV、220kV线路短路故障中进行仿真。结果从整体上来看，将该定位技术应用于电压等级不高、线路不长的高压输电线路上误差在可接受的范围内，基本能够满足实际工作需要。定位的误差来源于时间同步误差以及线路模型误差，其中时间同步误差因较小，因此可忽略不计。但该定位技术算法的推导基于集中参数模型，而实际上线路的参数是沿线均匀分布的。另外，推导时并未考虑线路的对地电容，因此，当高压输电线路距离较长，电压越高时误差将会越大。需要注意的是推导该故障定位算法时涉及到了负序分量，因此，无法将该定位技术用于三相对称故障定位中。
二、HHT行波故障定位技术
行波法定位故障时实现对行波波头的准确捕捉，准确确定行波的达到时间是关键。目前来看，捕捉行波波头的方法多种多样，接下主要介绍HHT方法。
HHT行波故障定位技术依据的原理为：高压输电线路正常运行时相对而言具有较小的谐波幅值，在频域上电压、电流的工频量较单一。若发生故障会形成非常复杂的暂态行波，信号既不平稳，也不是线性的。当该行波到达故障检测点时会引发高频突变。其中频率突变点与波头达到监测点的时刻相对应。运用HHT算法分析、监测以及捕捉暂态行波信号、行波频率突点、行波波头便可实现对故障位置的定位。
HHT算法包括经验模态分解以及希尔伯特变换两项重要功能。其中进行经验模态分解时遵守：其一，在任意一点的局部极大值、极小值点形成的上、下包络的平均值为零。其二，在整个时间序列中过极值点与零点的个数相等或最多差一个。通过对复杂的信号进行分解处理形成若干IMF分量。处理后的分量按照由高频到低频的顺序进行排列，而且每一个分量仅包含一个模态。其中在第一个IMF中为高频分量。希尔伯特变换的对象是IMF，通过进行频谱的变换获得时间-频谱图谱，其中含有高频的IMF分量对应的时间-频谱图中的第一个频率突变点，表示在监测点已经监测到了行波波头。运用以下测距公式便可实现对故障位置的定位：
为线路总程度；L1、C1表示单位长度线路的正序电感，正序电容。
将该故障定位技术用于220kV高压输电线路上进行仿真发现，线路的故障过渡电阻、故障方式虽然不同，但测距结果保持一致，而且定位误差较小，绝对误差未超过150m。用在500kV高压输电线路故障定位中得到了同样的结果，绝对误差未超过300m。
三、固有频率故障定位技术
固有频率故障定位技术依据的原理为：高压输电线路发生故障，形成的故障行波在频域例呈现谐波形式，称为固有频率。因其含有故障距离信息，因此，可通过对固有频率的提取实现对故障未知的定位。通过应用该技术进行故障定位时需要推导相关的算法。但在单相输电线、三相输电线、有损三相输电线算法并不相同，需要逐一进行推导，给更好的应用于实践中奠定基础。根据推导出的算法不难得知，线路故障位置的定位和边界条件有着紧密的联系，因此，在不同的故障方式下应用固有频率的方式也有所不同，尤其需针对不同的故障方式选择不同的模分量。
应用该技术需采用专门的算法提取固有频率。主要包括Prony算法、ARMA算法、STD算法。其中Prony算法的原理为：使用复指数函数的和表示自由振动响应或结构的脉冲响应。借助振动微分方程的振型叠加原理，构建动力响应与模态参数间的关系表达式，线性拟合脉冲响应函数得出模态参数。ARMA算法借助参数模型处理有序随机振动响应数据，实现对模态参数的识别。STD算法使用推导出的公式，可将系统的模态特征值求解出来，在此基础上求解出阻尼比、频率、模态幅值等。
另外，提取固有频率还需确定固有频率的阶数。固有频率能很快的衰减，并在本端母线以及故障端进行多次反射。从理论上进行分析，固有频率的模态有无穷多个。为更好的获得其主成分，应对其阶数进行放大，并对频率进行拟合，其中当幅值最大的模态频率和50Hz较为接近时获得的固有频率较为准确。通过对该故障定位技术进行仿真，发现使用Prony算法、ARMA算法、STD算法提取输电线路故障行波固有频率，获得了预期的效果，对故障位置进行了准确的定位。另外，由仿真结果得出这些算法的频率分辨率不仅较高，而且可不受窗口长度以及采样频率的限制。
四、总结
高压输电线路一旦出现故障影响的范围较大，因此，做好故障位置的准确定位，缩短故障排除时间尤为重要。本文介绍三种高压输电线故障定位技术，在具体应用时应具体问题问题分析，并做好故障定位技术应用经验的总结，认真对比三种技术的优缺点以及适应的故障类型，在实践中加以针对性的应用，为高压输电线路故障的及时排除奠定坚实基础。
参考文献：
[1]张城阳,张军强,张震亚.高压输电线路故障定位技术对电网安全运行的影响[J].技术与市场,2020,27(05):119-120.
[2]叶海宏.高压输电线路故障定位技术及应用[J].中国新技术新产品,2018(23):71-72.
[3]任凯.浅谈高压输电线路接地故障定位技术[J].通讯世界,2014(18):46-47.
[4]肖鹏,陈亮.高压输电线路故障定位技术研究[J].科技创新与应用,2013(06):146.
[5]谭震波.电力系统中高压输电线路关键技术研究[J].科技资讯,2008(30):250.