高压电缆在线双端故障定位系统的研究与应用

高压电缆在线双端故障定位系统的研究与应用

发表时间：2019-10-12T11:52:15.070Z 来源：《河南电力》2019年2期作者：康乙武[导读] 本文研究了双端行波故障定位的技术，通过建立模块化设计，运用集约化方式对高压电缆线路进行在线实时监测，实现了变电站站端至用户端电缆运行故障的测寻。

康乙武

（广东电网有限责任公司佛山供电局佛山 528000）

摘要：本文研究了双端行波故障定位的技术，通过建立模块化设计，运用集约化方式对高压电缆线路进行在线实时监测，实现了变电站站端至用户端电缆运行故障的测寻。文中所设计的高压电缆在线双端故障定位系统实现了可快速判断故障电缆线路及故障点距离电缆线路终端的位置，缩短故障排查时间，迅速抢修复电，为变电站运维和管理工作提供了便利，提高了电网的供电可靠性。

关键词：高压电缆；线路故障；双端行波

本文介绍了变电站高压电缆线路的运行现状（以佛山220kV红星变电站220kV红双甲、乙线为例）以及HDDBF-高压电缆双端在线故障定位系统的开发和应用，为进一步优化变电站高压电缆线路故障排查及维护提供技术支持。 1变电站高压电缆的运行现状

中心城区城市化程度的不断提高和用电负荷的快速增长给城网中、高压线路电缆化带来了广阔的应用前景，也必然导致了电缆出线变电站这种新的变电站出线方式。由于电网中电缆线路比例不断上升，而传统的系统保护和运行方式设计并没有充分考虑这一变化带来的影响，这就有可能对设备的安全运行带来严重的潜在危险和实际的危害，而且电缆线路无法实时监测其运行状态也给运行人员的维护带来不便，特别是重点高压线路，比如佛山220kV红双甲、乙线是220kV红星变电站至220kV佛山双铁站的二级重要供电线路，是为佛山西站供电的直接电源，一旦电缆线路发生瞬时接地故障或者永久性接地故障，且不能够及时查处故障，将对电力系统造成威胁以及对社会造成一定影响。

2双端行波故障定位系统的功能及组成

双端行波故障定位功能：通过安装在电缆线路两个终端的故障电流互感器，采集故障行波信号。B终端采集到故障行波信号后开始计时；A终端采集故障行波信号后，通过光电转换模块，再通过光纤发送到B终端，B终端接收到A终端的TTL信号后终止计时。B终端把故障状态及故障时间差通过光纤上传到控制中心服务器，在服务器界面直接显示故障相和故障点距B终端的距离。一套监测装置（包含A、B终端）可监测一回路电缆，系统监测B终端：记录故障点距离两个终端的时间差并锁存。系统监测A终端：当故障点行波信号到达A终端，A终端立即将TTL信号通过光电转换器再通过光纤传送到B终端，作终端B计时终止信号。电缆故障预警：电缆发生短路故障时，系统可以立即判断出发生故障电缆的线路名称及相线。由以下四部分组成：（1）服务器及智能管理平台；

（2）现场数据采集装置：A终端、B终端；

（3）数据传输网络：光纤；

（4）光电转换模块（备注：多套装置组成一个系统时，系统采用环网通信方式，如：B1A1…AnBn…B1光电转换模块服务器。B1…Bn为n个B终端，A1…An为n个A终端）。

3双端行波故障定位系统的工作原理

双端行波故障定位系统的工作原理框图如图1，B终端和A终端同时监测A、B、C三相，图中只画一个CT示意。电缆两端分别安装采集A、B终端，当电缆中间任意一点发生故障，故障行波朝两端传播，当故障行波到达B终端时，B终端触发计时开始；故障行

波到达A终端后，A终端检测到故障行波并发送电脉冲信号通过光纤传送到B终端，B终端接收到此脉冲信号时计时结束。通过时间差计算故障点与两终端的距离，从而实现故障点的在线定位。

故障距离计算公式如下：

上式中：

为系统计时时间差值，单位为μs；

为电缆总长，单位为m；

为A终端脉冲到达B终端后硬件增加的延时，单位为μs；

为故障点距离B终端距离，单位为m；

为故障行波在所述高压电力电缆中的传播速度，通常为172m/μs。

图1 系统原理框图 4 双端行波故障定位系统软件的主要功能

（1）显示装置通信状态发送和接收：服务器按固定时间间隔查询下位机状态，通信正常的话，接收指示灯闪，否则1分钟后接收指示灯变“灰”。

（2）显示线路报警信息表线路A、B、C三相报警信息表。显示“正常”和“故障”两种状态。线路两个终端均采集到故障电流并锁存报警信息，服务器的定位系统软件根据时间差计算故障点距离B终端位置，并在报警信息表产生“故障”报警信号，然后存入数据库。服务器自动向监测A和B终端发送清除指令。

（3）历史数据查询供用户查询历史故障信息。可选择查询特定时间段内（用户选择的起始时间和终止时间）系统产生的报警信息。

（4）报警确认

点击报警确认，查询当前界面显示未读报警信息。

（5）系统拓扑图供用户查看该服务器所监测装置通信组网拓扑图。

（6）线路故障位置根据双端在线故障定位系统A、B装置检测时间差计算出故障点距服务器端（B终端）距离。

5.双端行波故障定位系统软件的使用

（1）系统正常运行时的状态通信状态下发送和接收指示灯会红色闪动，显示数据收发。

（2）系统通信故障时的状态通信故障发生1分钟以上时，界面上“接收”边上的指示灯会变为灰色，通信恢复后自动恢复为绿色。

（3）系统故障报警时的状态当电缆发生故障时候，窗体界面上显示：（1）故障报警次数；（2）示意表示最后一次报警的故障位置（距离B端的米数）；（3）“报警确认”按钮变红提醒有过报警，需要确认。

（4）系统报警确认界面点击红色“报警确认”按钮出现窗体。报警确认界面表格显示当前未确认过的新报警，可以清晰地判断故障相以及故障地点离站端的距离。

（5）历史数据查询界面点击“历史数据查询”按钮，出现历史数据查询窗口，选择起始时间，结束时间；点击“查询”按钮，窗体显示所选起始时间到结束时间的所有报警数据，可以详细查看历史故障数据。

6.结论

本文通过分析变电站高压电缆的运行现状，通过双端行波故障定位系统原理的研究，并结合系统在220kV变电站中220kV高压线路的应用实例分析，得出双端行波故障定位系统实现了快速判断故障电缆线路及故障点距离电缆线路终端的位置的功能，缩短了运维人员的故障排查时间，使线路可以迅速抢修恢复送电，为变电站运维和管理工作提供了便利，提高了电网的供电可靠性。

参考文献：

[1]高艳丰，朱永利，闫红艳，等．一种新型的输电线路双端行波故障定位方法[J]．电力系统保护与控制，2016，44（8）：8-13

[2]杨专．基于双端行波法的高压输电线路故障定位系统的研究[D]．河南理工大学，2011．

（上接第90页） 3、缺陷分析

对故障分闸线圈进行检查时，测量线圈阻值，发现故障线圈组值无穷大，可判断分闸线圈已经熔断，而正常分闸线圈阻值在120±6Ω之间，检查线圈外观无异常，按动铁心无法动作，铁心烧融卡死。

从发现问题分析，导致本次缺陷发生的主要原因是531开关铁心卡阻造成，造成分闸线圈长期通电烧毁，分闸回路断线，导致开关无法分闸。

4、现场处理