TK -X12 输电线路分布式故障定位诊断系统

TK -X12 输电线路分布式故障定位诊断系统

发表时间：2019-09-03T16:38:07.243Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：吴成龙成浩（通讯作者）谷盛民谢林极曹春晓蔡定邦

[导读] 本文对分布式输电线路故障精确定位及诊断系统进行了研究分析。

桂林电子科技大学广西桂林 541004

摘要:电力系统的稳定可靠直接关系到人民的生产生活质量，关系到社会的进步，关系到经济的发展。一旦电力系统出现事故，不仅会造成经济损失，还会影响人民的正常生活，危及公共安全，造成严重的社会问题。为解决分布式输电线路故障精确定位的难题，本文对分布式输电线路故障精确定位及诊断系统进行了研究分析。

关键词：分布式输电线路；故障精确定位；诊断系统研究

近年来,在国民经济持续发展的带动下,随着人们对电力需求的快速增长,导致输电线路覆盖范围在迅速扩大，传输距离也变得愈来愈长。由于输电线路分布在平原、山地，跨越江河，穿过峡谷，最容易受到环境的影响，同时还易受到洪水、滑坡、泥石流等自然灾害的损害，除了这些自然因素外，人为的盗窃等因素都导致输电线处于故障之中。并且有些故障还是难以寻找的，因此依靠以往的人工维修已经不能满足人们的需求。从而掌握一种及时而又自动诊断输电线路故障的系统是十分有必要的。

一、输电线路故障原因辨识原理

输电线路故障原因的准确辨识，是指导输电线路采取针对性防护措施降低线路跳闸率的基础。由于输电线路在发生不同类型的跳闸故障时，其线路上的故障电流行波呈现出不同的电磁暂态特征，因此，通过在线监测并提取输电线路故障电流行波数据，分析其电磁暂态特征，可以达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的。输电线路遭受雷击故障时，流经线路的故障电流主要由两部分叠加而成，一部分是雷电流分流后直接进入线路的电流，另一部分是雷电流经杆塔入地后的反射波进入线路的电流。标准雷电流的波尾时间为５０μｓ，由于与大地反射波极性相反，两者叠加后其峰值衰减加快，波尾时间变短。因此，雷击线路的故障电流行波波尾时间小于５０μｓ，实测一般在４０μｓ以内。

图１与图２分别为ＡＴＰ程序仿真模拟得到的典型２２０ｋＶ单回线路发生雷击与非雷击故障时故障相的电流行波波形图，对比可知，发生雷击时故障电流行波波尾时间小于５０μｓ，而非雷击时故障电流行波波尾时间远大于５０μｓ。

根据上述雷击、非雷击行波的物理和仿真分析结果可知，通过采集输电线路雷击故障电流行波，分析其波形特征，可以有效地区分和辨别输电线路的故障性质是雷击还是非雷击。

二、分布式输电线路故障精确定位及诊断系统功能

输电线路故障智能监测系统构成按照分层分布式体系设计，由现场监测终端、数据中心和工作站３部分组成，各部分之间通过互联网相连，同时数据中心还提供了ＷＥＢ服务查询功能。该系统作为输电线路工况在线监测系统的一部分，与其他部分共享监测信息。现场监测终端是输电线路故障智能监测系统的核心部分，分布式地安装于输电线路的导线上，监测并采集输电线路故障发生时刻的故障电流行波与工频故障电流及谐波电流信息，同时将采集到的信号上传到数据中心。现场监测终端主要由传感器线圈测量单元、数据采集分析单元、通信单元和电源系统组成。数据中心通过ＧＰＲＳ与现场监测终端通信，接收上传的监测信息并对故障信息进行诊断，将上传的监测信息和故障诊断结果保存，同时下达相关控制信息。分布式输电线路故障精确定位及诊断系统完整地记录了每次故障电流暂态行波，软件系统通过分析电流暂态行波的差异确定故障是否属于雷击故障，若是雷击故障则进一步确定是绕击还是反击；并利用各现场监测终端的行波数据与ＧＰＳ时钟数据计算故障点的精确位置，同时可获取输电线路的运行工况信息、雷击频度信息、故障信息，还具备短信报警功能。

三、案例分析

1. 系统结构。TK-X12输电线路分布式故障定位诊断系统由故障定位诊断系统、分布式故障诊断装置、后台系统和用户系统组成，用

户通过浏览器使用WEB的方式登录到后台系统中，查看监测数据。分布式故障诊断装置和后台系统通过GPRS连接。基本组成框图如图所示：

2.产品功能。（1）数据采集：输电线路故障行波信号和工频故障信号的监测和采集本系统将传统的故障定位装置由变电站二次侧搬移至线路上，直接获取故障电流行波，并通过多个故障电流行波检测点协同分析，最终得到故障点位置。与传统故障录波测距和行波定位装置相比，分布式故障定位更加真实的提取电流行波，同时结合线路运行状态信息对计算结果进行修正，可大大提高定位精度；同时对于雷电干扰，本系统充分利用雷电电流行波的时域信息，分别从极性、能量谱等方面进行分析，可实现对雷击类型的有效识别，进一步指导运行部门制定针对性的防雷计划。本系统可以快速确定故障区段及故障位置，适用于35kV及以上各电压等级的电力线路的跳闸故障的区间定位和准确定位。（2）故障分析和诊断：后台系统分析故障类型并计算出故障点位置并判断故障原因本系统利用两个Rogowski线圈电子式电流互感器来采集输电线路电流信号，其中一个互感器测量精度高但是抗饱和能力弱，用于平时采集测量用电流信号，另外一个互感器精度差但是抗饱和能力强，用于采集故障电流信号。用一个多路开关来实现多路采集的通道切换，多路开关接收来自主控制器的通道选择信号。后台系统根据电流的变化诊断故障，通过保护动作信息判断故障元件，建立故障模式库，把故障情况与库中的模型相匹配,确定故障类型。

3.产品优势。（1）行业内现有竞争者竞争能力低。本产品技术先进，性能优良，性价比远远高于竞争对手的产品。目前市场上竞争对手主要有深圳市深联创展科技开发有限公司研发的SLCZ输电线路故障测定位系统、深圳市特力康科技有限公司研发的输电线路检测终端系统和武汉三相电力有限公司的GPRS输电线路分布式故障诊断系统,但是总体性价比并没有本产品强。（2）供应商议价能力低。本系统主要是技术创意上的突破，所采用的主要元器件A/D转换器、FIFO存储器和控制器DSP在市场上都已经很成熟，价格稳定，并且上游供应商众多，可选择性强。（3）潜在竞争者威胁较弱，本产品所有技术属于技术型产品，要求掌握相关技术，进入壁垒较高，这令很多想要踏足该行业的人望而却步。（4）消费者的议价能力一般。TK-X12输电线路分布式故障定位诊断系统性能稳定可靠、在测试阶段中获得电路专家的好评，具备知识产权、低成本、长寿命的安全性产品，具有极大优势，但因为市场目标是政府部门和各大电网公司，因此议价能力一般。（5）替代品的替代能力较弱。市场上产品主要有两大类，一种是故障定位系统，代表性产品为深圳市深联创展科技开发有限公司研发的SLCZ输电线路故障测定位系统；另一种是故障诊断系统，代表性产品为武汉三相电力有限公司的GPRS输电线路分布式故障诊断系统，并无类似本项目将两者合一的相关产品，由此可见，本产品技术由本团队技术团队研发，外界无研究方向，替代品几乎没有。近年来，因雷击、台风、外力破坏等引起的输电线路跳闸故障频繁发生，受到了电力系统生产、运行和管理部门的高度重视。输电线路的每一次跳闸，除给系统带来冲击外，都会给绝缘子、导线等电力设施带来损坏而留下安全隐患，严重影响电网的安全稳定运行。参考文献:

［1］范新桥，朱永利，卢伟甫．采用电流分布式测量和相位比较方式的输电线路故障定位［J］．高电压技术，2017，38(6):1341－1347．

［2］束洪春，高峰，陈学允，等．T型输电系统故障测距算法研究［J］．中国电机工程学报，2017，18(6):41 －45．本文是2019年国家大学生创业训练“TK -X12 输电线路分布式故障定位诊断系统”（项目编号201910595061 ）项目成果