边俊强
国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 内蒙古 通辽 028000
摘要：现如今，我国的科技在不断发展，社会在不断进步，我国电力行业技术日趋成熟并达到世界先进水平，由此提出一系列电力运行与维护的改革举措，本文就1000kV特高压输电线路运行中易存在的线路故障进行故障诊断与故障判别，进行系统分析，通过对分布式故障诊断装置的技术原理与功能分析，对比在不同条件下当发生故障跳闸时，可以快速确定故障杆塔位置，从而得到有效的故障诊断与处置措施，为有效提升输电线路运行稳定性与故障巡检效率提供了重要的理论基础与实践意义。
关键词：分布式故障诊断系统；1000kV特高压输电线路；应用
引言
特高压输电线路作为远距离跨区输电的重要通道，对保障国计民生和能源安全具有重要作用。特高压输电线路发生故障跳闸后，故障点的快速确认一直是输电线路运维工作的难点，通常参考变电站内保护测距范围，通过人工巡视或无人机巡视的方式大范围寻找。但站内保护测距精度差、范围广，查找故障点时主要依靠巡视经验，巡视效率十分低下。而分布式故障诊断系统能够在特高压输电线路发生故障时快速测定故障距离，准确锁定故障点，有效提高特高压输电线路的运维效率。
11000kV输电线路在线路结构上的特点
1）导线1000kV超高压输电线路选择的为分裂导线，分裂导线的机械负荷非常大，其悬垂绝缘子串采用的是单串，以及双串xp-16绝缘子串。所选择的绝缘子组装类型与导线总拉力是息息相关的，1000kV超高压输电线路选择的为分裂导线，通常选用双串xp-30或者双串xp-21形式。用间隙棒把子导线控制好，从而使其始终呈现着分裂状态。2）铁塔基础较为普遍的1000kV超高压输电线路铁塔的基础为钢筋混凝土自立式基础，假设该地区的地质条件较为恶劣，就有可能采用灌注桩基础。拿巴基斯坦Lahore-Gudu1000kV输电线来说，自身地区有很多的地下水，并且环境也不优越，因此，只能选择灌注桩基础。我国最普遍的铁塔基础现在是斜柱式基础，在设计的时候，确保基础轴线与铁塔保持相同的倾斜度，因此，上方压力直接传递至地面与基础上，不仅可以把基础承载量有效的提高，还可以把混凝土用量降低。3）杆塔形式我国以及其他国家应用广泛的1000kV超高压输电线路架设方式为铁塔，我国应用最广泛的架设方式为自立式铁塔，依据导线排列状况的不同，架设为很多差异性的形状，如酒杯型、干字型、猫头鹰型等。铁塔与普通的线路几乎相差无几，可是，超高压输电线路的负荷力、距离、塔头都大很多。
2分布式故障诊断系统在1000kV特高压输电线路中的应用
2.1线路监测终端实现方案
在高压输电线路上A/B/C三相同一位置点处的导线上分别安装三个线路监测终端，全线路分布式、间隔性地安装多套设备，其实现对输电线路故障时行波电流的实时采集、准确识别、启动录波以及数据的存储和转发上送功能。同时，同一位置点处的三相线路监测终端，可以通过相互之间的无线通信通道共享数据与启动信息，在线路各种故障情况下可实时启动三相同步录波并上送，为监测运维中心站故障数据分析提供完整信息。线路监测终端主要由双AD同步高速采样单元、数据处理单元、数据存储单元、电源取能供能模块、高精度对时单元及无线通信模块等六个部分组成，其系统框图如图2所示。双AD同步高速采样单元是由两组完全独立的Rogowski线圈、有源积分电路、高通滤波电路及高速ADC芯片构成。根据测量范围和精度的要求不同，分别为测量常态稳态电流值及弱故障行波的小量程采样回路以及用于测量暂态故障行波大电流的大量程采样回路。
2.2绝缘子
绝缘子在输电线路中占据重要位置，目前，输电线路的需求逐渐增大，绝缘子也应发挥出作用。复合绝缘子的出现刚好可以实现。它的抗污闪性能非常好，可以减少线路的维护难度，可以推动电网的稳定发展。并且，复合绝缘子可以把铁架以及线路的重量有效地降低，因为在超高压输电线路的发展过程中，其关键部分就是复合绝缘子，有些发达国家的工程已经采用了复合绝缘子。我国企业意识到复合绝缘子的实际价值，也开始应用。在此过程中，需要按照具体的实际情况来选择。由于我国输电线路涉及到的领域较多，所以要依据当地的天气、污染状况等，对绝缘子进行科学的选择和设计。
2.3故障类型判别
按照故障起因和波形特征，输电线路故障类型可分为雷击与非雷击故障。雷击故障时流经线路的故障行波电流主要由2部分叠加而成：一部分雷电流分流后直接进入线路，另一部分雷电流由杆塔接地反射后进入线路。雷电流半峰值时间一般约为50μs，由于大地反射波的极性与雷电流相反，2种行波叠加使峰值衰减迅速，波尾缩短。因此，雷击故障电流的行波半峰值时间会小于50μs，实际监测一般在20μs内。而当线路发生树障、山火、污秽、异物等其他非雷击接地故障时，流经线路的故障行波电流为接地瞬间工频电压产生的阶跃响应，其峰值缓慢衰减，波尾较长，实测行波半峰值时间一般大于20μs。由此，可达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的。
2.4行波启动与识别技术
电力系统正常运行时，负荷变化相对缓慢，可认为在相邻两个周波内，其电流瞬时值接近，其对应的电流变化率也比较小。而发生故障时，其幅值或电流一阶导数可能出现突变，因此可根据上一个周波对应相位的电流变化率，乘以一定系数后作为当前时刻高速数据采集的设定阀值，从而实现设定阀值对输入电流信号的动态跟踪。当电流变化超过设定值时，启动高速数据采样模块。因此，本文为提高诊断监测终端行波测距的精度，将终端硬件采样系统行波电流信号的采样频率提高至10MHz，由FPGA协处理器来控制双路高速ADC采样，同时采用增强型变步长自启动录波算法，提高FPGA行波自启动的有效性，一旦电流行波高频录波启动，FPGA将同时记录下高频采样启动时刻。另一方面，监测终端通过对电流信号的低频采样值、有效值及希尔伯特黄变换算法确定的扰动点时间窗对行波电流高频录波进行有效性对比判断，从而实现对真正故障的可靠识别。同时为了保证故障诊断不同相别间的数据完整性，本系统首次采用了本地不同相别的故障诊断测量终端之间互传启动信号的信息机制，任何一相故障均通过无线模块快速(通信延时小于5ms)启动另外两相装置同时记录数据。终端发送的启动信息中主要包含启动时刻(世纪秒及纳秒)、发送相别、接收相别等信息。
结语
在1000kV特高压输电线路中充分应用分布式故障诊断系统能够及时有效的监测行波波尾的发生时间，在输电线路发生雷击或非雷击故障时能够提供准确有效的故障诊断，极大地节省了故障巡视时间与巡视范围，有效提高复杂环境下巡视作业效率，节约人力物力。分布式故障诊断系统作为特高压输电线路中高效的运行检修技术方法，为实现智能化输电线路的运检提供了重要理论基础与技术支持。
参考文献
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