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摘要：在高压直流输电系统中，线路都比较长，而且线路所经过的地区地形比较复杂，环境也十分的恶劣，受到自然环境的影响，当高压直流输电线路发生故障时，查找故障的工作就会变得非常困难，因此，有效的定位方法是解决这个难题的措施。文章从高压直流输电线路故障，高压直流输电线路的故障定位分析两方面来分析。
关键词：直流输电线路；故障定位；行波法；故障分析法
在高压输电系统中，有两种输电方式：直流输电、交流输电。与交流输电相比，直流输电的输送容量比较大，而且能够输电的距离比较远，因而在远距离输电、分布式能源接入电网等供电领域中，直流输电应用的非常广泛。在高压直流输电系统中，最容易出现故障的就是直流输电线路，由于直流输电线路的线路比较长，而且跨越的地区地形比较复杂，再加上环境恶劣的影响，查找工作比较难以开展，为了尽快的恢复故障，就需要采取相应的故障定位方法，来有效的查找故障。
一、高压直流输电线路故障
在高压直流输电系统中，最容易发生故障的元件就是直流输电线路，一般来说，直流输电线路的路线都比较长，不过，直流输电线路所经过的地区地形都比较复杂，而且线路是直接裸露在空气中，没有任何的保护措施，因此，雷击、污秽、树枝等环境因素都会导致直流输电线路发生故障。
1、雷击
直流输电线路具有两个极，其所具备的电压极性是相反的，异性相吸、同性相斥，根据这一原则，电云容易向不同极性的直流极线放电，这样一来，对于直流输电线路来说，如果两个极处于相同的地点中，那么不存在这两个极同时遭受雷击的可能。一般来说，当直流输电线路遭受雷击时，时间是非常短暂的，在这一瞬间，直流电压会升高到一定的数值，随后在再下降，在电压升高的过程中，如果电压值超过了雷击处绝缘所能承受的数值，那么直流输电线路就会产生故障。
2、对地闪络
在高压直流输电线路中，设置了许多的杆塔，杆塔配有相应的绝缘，高压直流输电线路是直接裸露在空气中的，自然环境中的雾、雪、树枝、污秽等因素都会对杆塔的绝缘产生不同程度的影响，当绝缘发生损坏，就会产生对地闪络现象。一旦发生对地闪络现象，就需要采取相应的措施来解决，如果未进行解决，那么熄弧就会变得困难。高压直流输电线路在运行的过程中，如果受到某种故障的影响，电压会突然发生变化，那么线路就会进行放电，进而影响高压直流输电系统，造成故障的产生。
3、其他故障
除了上面阐述的雷击及对地闪络故障之外，高压直流输电线路在运行的过程中，还会产生其他的故障，比如高阻接地、直流线路短线等。无论是哪种故障的产生，如果未进行妥善的解决，那么都会对高压直流输电系统产生影响。
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二、高压直流输电线路的故障定位分析
1、直流输电线路行波故障定位
行波故障定位最早用于交流线路。早期行波法故障定位诞生于20 世纪40 年代末，由于暂态行波的传播速度比较稳定（接近光速），检测故障线路上暂态行波在母线与故障点之间的传播时间可以测量故障距离。行波法测距的可靠性和精度在理论上不受线路类型、故障电阻及两侧系统的影响。交流线路行波故障定位存在一些问题：故障行波产生的不确定性（有些故障初相角下没有行波产生）、线路两端非线性组件的动态延时、故障点反射波与对端母线反射波的识别、行波信号的提取、故障初始行波及反射波到达时刻的标定、超高速的采样频率、参数的频变效应和波速度的确定等。目前，直流线路保护和故障定位均采用行波原理。与交流线路行波故障定位相比，直流输电线路行波故障定位有以下优势：（1）直流电压不会每周期过零，不受故障初相角的影响，且暂态行波能量丰富，波头更容易识别；（2）直流系统母线结构变化小，且母线一般只有一条出线，无需区分故障点传播的行波和各母线的反射波和透射波，因此不会受其他线路影响。基于以上优点，在直流工程中长期以来人们已经接受行波故障定位作为直流输电线路故障定位的唯一方法。目前，运行中的直流输电线故障定位装置均采用行波原理。如西门子、ABB、中科院行波测距装置等。应用的直流输电线路行波故障测距基本原理分为A、D 两种型式，其中A 型为单端原理，D 型为双端原理。目前，在实际应用中往往将D 型原理作为主要测距原理，而将A 型原理作为辅助测距原理。单端行波测距原理难以自动给出正确的故障测距结果。而双端行波测距原理不受这些因素的影响，可以给出正确的故障测距结果。在实际应用中，应将双端原理作为一种主要测距原理，而将单端原理作为一种辅助测距原理。由于小波变换具有良好的表征局部信号的能力，且去噪能力较强，可用于识别行波波头。
众所周知，行波故障定位是依靠识别波头、标定波头起始时刻来实现故障定位的。波头的识别与标定工作，对人员素质有较高要求、难以实现自动化。当存在过渡电阻、行波波头幅值受到限制时，波头的起始点便更难准确标定，严重影响定位的精度和可靠性。随着过渡电阻的继续增大，行波故障定位法就会由于没有启动而无法定位故障，该现象在南方电网的直流运行中多次出现。另外，由于电磁波接近光速传播，1μs即对应300 m误差，为了准确标定波头起始时刻、提高定位精度，必须采用高采样率设备。综上，现有的直流输电线路故障定位原理单一、仅依赖于行波法、对采样率要求高、高阻情况下无法实现故障定位、可靠性差。另外，存在波头识别和起始时刻标定问题，需要人员介入、难以实现自动化。
2、直流输电线路故障分析法故障定位
所谓故障分析法，是指根据有关参数和测量得到的电压、电流，利用分析计算的方法，将故障点的距离计算出来。故障分析法比较简单，具有较强的可行性，对于测距的目的，利用现有的故障录波器就可以实现。在故障分析法中，也包含两种，一种是单端量法，另一种是双端量法。在单端量法中，只使用本侧信息，比较容易实现，但是对侧系统的影响是无法避免的；在双端量法中，虽然不存在影响问题，但是在获取对侧信息时，需要借助通信技术，进而又产生了数据同步、计算量大的问题。故障分析法的优点在于具有较强的可靠性，对采样的要求也比较低，但缺点是线路参数的精度会对其产生比较大的影响，因此在精度上，要差于行波故障定位。在对直流输电线路的故障进行定位时，故障分析法采用的是基于分布参数模型的时域法，这种方法具有非常大的优势，在故障发生的整个过程中，会产生许多数据，这些数据都可以用来定位，在进行测距时，时域-频域之间无需进行转换。基于这些优点，在未来的直流输电线路故障定位中，故障分析法将会成为发展趋势。故障分析法在进行故障定位时，所采用的方法为时域法，通过时域法，任一段暂态数据都可以用来进行故障定位，这对于行波故障定位的方法来说，具有更为广阔的定位空间。并且时域法所需要进行的采样率比较低，可靠性比较高，在实际的直流电路故障定位中，具有非常高的实用价值。因此，应该大力推广故障分析法的发展及应用。
我国高压直流输电系统得到了快速的发展，由于直流输电线路比较容易发生故障，而且查找故障比较困难，因此，本文对故障定位方法进行分析。在高压直流输电线路故障定位中，可以采用的方法为行波故障定位和故障分析法故障定位，通过对二者的分析可知，故障分析法故障定位的实用价值更高，应该在高压直流输电线路故障定位中大力的推广及应用，进而及时有效的解决直流输电线路产生的故障，保障高压直流输电系统的正常运行。
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论文作者:李汇鑫,池城,吕冬
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/9
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