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摘要：直流输电具有长距离“点对点”输电的特点，且跨越地区的地形地貌､环境气候差别很大，造成了直流输电线路的运行环境相较于交流线路更为复杂，是直流输电系统中故障率最高的部分，其故障形式主要是雷击､污秽､树枝等因素导致的接地和闪络，且90%以上为瞬时性故障｡直流输电线路保护装置检测到故障后启动，到达定值后向控制系统发出故障重启命令，测距装置则利用故障后至重启前这段时间的数据进行故障定位｡
关键词：高压直流输电；故障测距；行波法
引言
在电力系统中，高压输电线路相当于其血脉。高压输电线路起到的作用是传送电能，因长期应用，其故障频发。为了避免故障影响电力系统运行效率，有必要实时准确地排除故障。为此，研究高压直流输电线路故障定位方法极为关键。
1 高压直流输电线路的几种常见故障
由于直流输电线路是高压直流输电系统运行中，不可或缺的原件，因而，其发生故障的频率较高。受直流输电线路的路线及其环境因素干扰，线路的故障屡屡发生。通常，直流输电线路发生故障与以下几项因素相关：第一，雷击故障。直流输电线路具备的电压极性并非相同，加之“异性相吸、同性相斥”，因而，一旦两个极位列同一位置，这两个极同时遭受雷击的可能概率非常高。在直流输电线路遭受雷击过程中，持续时间较短，以至于直流电压上下不稳定的浮动，一旦电压值越过雷击处绝缘所能承受的数值范围，直流输电线路产生故障的概率是百分之九十以上。第二，对地闪络故障。该故障出现，需要符合一定的条件。高压直流输电线路里涵盖了许多配有相应的绝缘的杆塔，加之高压直流输电线路未被封存，其接触空气或者其他，杆塔的绝缘将会受到干扰。当干扰过大时，地闪络现象就会出现，高压直流输电线路一旦受到某种故障的干扰，发生变化，高压直流输电系统的运行金辉受到干扰，由此产生故障。第三，其他故障（高阻接地、直流线路短线等）口。高压直流输电线路运行过程中出现故障的频率非常高，因而需谨慎注意。
2 分析现状
据分析统计，直流输电线路具有距离长且需跨越不同地形与气候区域特点，这就导致其所处的运行条件恶劣，易发生故障，且故障巡线工作的开展难度大。此运行情况下，会在很大程度上影响永久性故障的恢复时间。继电保护技术的发展，使得直流线路故障切除的时间大幅缩短，虽降低线路运行过程的损伤问题，但局部绝缘缺陷因明显破坏痕迹，其故障点定位问题更没有得到有效的解决。目前，高压直流输电线路的故障定位原理单一，均采用行波原理，难以应对运行条件复杂的故障点定位需求。直流线路大多设置较长，具有明显的分布参数特性，故障定位人员需要采用分布参数模型来保证故障点定位的精度。相关人员应从结合高压直流输电线路的实际运行情况对现有的故障定位分析方法进行优化，以提高直流输电线路工程建设使用的安全可靠性。
2 高压直流输电线路故障测距研究
2.1 固有频率法测距
利用固有频率法测距，无论应用场景是交流线路还是直流线路，都需要提取出精确的固有频率，目前提取行波固有频率的算法主要有傅里叶变换、多信号分类算法、小波变换，在此基础上，利用信号的时频相关性，先在频域确定行波频谱的主成分，再在该频率的邻域内确定行波信号的周期来得到更为准确的频率值。先利用经验模态分解算法处理信号得到故障测距所需的行波成分，再在该成分中提取固有频率，减弱了频谱混叠对测距的影响。
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2.2 固有频率法测距
一些学者还提出了利用行波法和固有频率法进行组合测距的方法，组合测距法首先利用固有频率法给出故障距离的大概范围，然后利用行波法在给出的故障范围内查找波头来进行精确测距，组合法测距结合了固有频率法稳定性好及行波法精确度高的优势。因此，与行波法相比，固有频率法不需要对行波的波头进行识别，避免了波头识别和波头标定带来的误差。但是，当存在干扰信号时，干扰信号在一个或者多个频点的能量高于固有频率的能量时，固有频率法得到的测距结果可能出错；当故障点靠近线路终点时，行波频谱主成分的频率很高，可能已经超过了行波采集装置的采样率，所以固有频率法存在测距的死区。截至目前，尚未见到固有频率法工程实用案例报道。
2.3 直流输电线路故障定位
通过对高压直流输电线路故障定位进行具体分析，可知，交流输电线路故障定位的原理并无特别，与交流输电线路相差无几。对此，直流输电线路故障定位需要有几项要点需要改善：第一，在故障分析法中，分布参数模型在直流输电线路测距中应用范围比较大，为了提高精度，可做好测量线路参数的工作。第二，在行波故障定位法中，提取故障行波是非常关键的一环，但是在此期间，仍出现行波波头检测问题，加之波速的变化，因而，可用固有频率的方法避免此种状况（行波波头检测不到）。而为了解决行波波速变化的问题，需要借助故障距离和波速的曲线关系实现。只有这样，测距精度才能准确把握。
2.4 故障分析法测距
目前，故障分析在直流输电线路测距中的具体做法是：根据故障条件下的电压、电流沿线分布特征求出故障点的位置。故障分析法的本质是求解输电线路波动方程以得到电气量的沿线分布，输电线路模型误差是求解结果误差的主要来源，因此消减模型误差的影响是故障分析法的主要研究内容。针对高阻等弱故障情况下行波测距装置无法启动和波头难以识别的问题，研究弱故障检测算法，根据算法的检测结果制定浮动的启动门槛值和运用灵敏度更高的识别算法。２）直流输电线路具备使用反向行波进行故障测距的基本条件，双端法使用的第一个反向行波还没有发生反射，不受反射系数频变的影响。因此，使用反向行波测距是解决双端行波测距中的波头振荡问题的一个思路。３）边界上装有串联补偿装置的交流输电线路的测距问题和反射系数频变问题有相似之处，都是存在波头变缓的现象，可以借鉴串补问题的解决方案。４）初始电流行波和故障点反射波都可以看作是入射电流行波在输电线路边界上激励产生的。在辨识出较为准确的反射系数时，可以提取入射电流行波，利用入射电流行波测距也可以消除反射系数频变的影响。
2.5 故障分析法定位
高压直流输电线路的故障分析法，就是根据既定的参数与测量获取的电压电流进行分析计算，来确定故障点的距离。该方法运用具有简单特点，只需采用故障录波器就可实现故障定位目标。该定位方法也有两种，即单端量法与双端量法。前者，只需根据本侧信息就可实现高压直流输电线路的故障定位目标，但会对侧系统造成影响。而双端量法，虽不对侧系统带来影响，但需借助通信技术进行定位控制。此情况下，却会对数据同步与计算量控制带来影响。因此，从精度角度来看，行波故障的定位要优于故障分析法定位。在上述两种方法均存在缺陷与优点的情况下，应与高压直流输电线路工程的实际情况进行结合，以提高故障点定位的有效性控制。
结束语
固有频率法和故障分析法都具有稳定性好、可靠性高的优势，但是死区和准确度的问题影响其发展。因此，建议应该进一步提高行波法的可靠性和测距精度，并将行波法和其他两种测距方法的优势相结合，发展组合测距技术。
参考文献:
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[2] 高淑萍，索南加乐，宋国兵，等．基于分布参数模型的直流输电线路故障测距方法[J]．中国电机工程学报，2010，30（13）：75-80．
论文作者:张志华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/2
标签：故障论文; 线路论文; 高压论文; 频率论文; 分析法论文; 方法论文; 干扰论文; 《电力设备》2018年第20期论文;