柔性直流输电线路故障定位分析与研究

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1、柔性直流输电线路故障定位分析与研究　　【摘要】随着直流输电技术的发展，柔性直流输电在生活和生产中应用越来越广泛。由于直流输电线路往往距离比较远，故障发生率比较高。要确保直流输电系统可靠安全运行，快速诊断和消除输电线路故障就显得尤为重要。本文对现有的直流输电线路故障定位位方法的应用和优缺点进行了分析和讨论，并根据多年的经验对今后直流输电线路故障定位的研究提出了一些建议。　　【关键词】柔性直流输电线路行波分析法故障分析法　　1概述　　柔性直流输电与交流输电比较，具有输送电量大、输送距离长、配电网络互联简便、送电功率容易调节、输电走廊占用空间小等特点。因此在远距离输电、分布式电能并网、岛

2、屿供电以及城市中心区域供电等方面优势明显。如今直流输电工程数量逐渐增多，柔性直流输电在我国发展十分迅速。直流系统中，由于雷电、树木遮挡和污染物附着导致输电线路故障率往往比较高。同时由于直流输电线路距离往往比较远、经常跨越各种地形穿越不同气候区域，导致高故障率的同时，也造成故障的诊断和恢复难度加大。因此，快速准确的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停电造成的损失，对提高输电系统综合性能指标具有重要意义。[1]　　2柔性直流输电线路故障定位方法的研究4　　目前，直流输电线路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。其中行波分析法的应用最为广泛。行波分析法包括A、B、C、D、E、

3、F五种类型，其中A、C、E、F应用单端分析原理，B、D采用双端分析原理。根据电气数据来源故障分析法可分为单端分析法和双端分析法两种，根据电气数据形式可分成频域分析法和时域分析法。[2]　　2.1直流输电线路故障定位的行波分析法　　行波分析定位法最初应用于交流线路的故障分析，因为暂态行波在线路中断传输速度稳定，因此故障距离可以通过测量行波在母线和故障点之间的传输时间计算得出。从理论上讲，行波分析法的可靠性和测量精度与输电线路类型、故障阻抗和两侧系统特性无关。和交流输电线路行波分析法相比，直流输电线路行波分析的优势有：（1）直流电压不存在周期性过零，不存在故障初相角影响的问题，并且暂态

4、行波能量较大，波头比较容易分辨；（2）直流线路母线的机构固定，并且母线通常只有一条出线，不需要分辨故障点传输的行波和不同母线的反射波和透射波，故不存在其他线路影响的问题。实践表明，行波分析法测量直流输电线路的故障点检测误差通常不超过三千米。在实际应用中，双端分析原理应被作为主要的检测原理，而单端分析原理应作为辅助检测原理。4　　根据测量原理可知，行波分析法定位故障点是通过分辨波头、测定波头的初始时间来完成故障定位的。波头的分辨和测定工作，要求完成工作的作业人员有较高的专业素质，此项工作实现自动化的难度较大。当存在过度电阻、行波波头幅值受到限制时，行波波头起始点分辨的准确度会更加难以

5、保证，使定位的精确度和可靠性受到严重影响。一旦过渡电阻持续加大到一定值，行波分析法就会因为没有启动而不能定位故障，类似现象在南方电网的直流输电线路故障分析中多次出现。并且在故障发生在直流线路的首末端时，行波分析法还会出现死区，并且双端故障分析的准确度和可靠性取决于GPS的准确对时和正常通讯。同时，由于电磁波的传输速度接近光速，1μs的偏差则会导致大约300米的误差发生，为了更加精确的测定波头起始时间、提高定位精确度。必须应用高采样频率的装置。　　综上可知，仅仅应用直流输电线路的行波分析法，对于要求采样频率较高、过渡电阻大的情况，难以实现故障点的定位分析。另外，由于波头分辨和起始时间

6、测定的问题，必须工作人员完成，自动化测量难以实现。[3]　　2.2直流输电线路故障定位的故障分析法　　故障分析法是依据系统相关参数和测量出的电流、电压，经过分析和计算，得出故障点的距离。故障分析法对采样频率的要求比较低，因此可靠性相对较高，但容易受线路参数的准确度影响，导致故障定位的精度相对行波原理低。故障分析法中的基于分布参数的时域法从故障发生瞬时到稳态整个过程中的所有数据都可以用作故障定位，采样点直接测距不需时域到频域的转换，数据窗较短，时域法成为故障定位的发展趋势。　　综上，时域法可以应用故障发生后的任一暂态数据进行故障定位，采样频率低、可靠性高，有一定的使用价值。但是所需线

7、路参数高，造成故障定位的精度往往低于行波分析法。[4]　　3直流输电线路故障定位研究的建议4　　因为直流输电线路和交流输电线路除能量集中的频带不同外，没有本质的分别。因此，从理论上讲，某些交流故障定位分析方法，同样适用于直流线路故障分析。直流线路故障暂态过程包括狠多特征频率信号，可进行特征频率的定位原理研究。故障的时域微分方程定位法，由于不受谐波和分周期分量影响，可进行直流输电线路时域故障定位分析。此外，应对线路参数不准确及频变特征问题、故障电弧特征问题进行研究，提出