CN108362977A - 一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法及系统，其中，故障定位方法通过判断杆塔雷击电流的幅值强度，确定故障点锁定塔；故障成因辨别方法根据故障定位方法确定的故障点，首先确定故障是否由继线引起，其次在不是继线而是闪络引起的情况下，判断是工频过电压、操作过电压还是雷电过电压引起的闪络，最后不是过电压引起闪络的情况下，判断绝缘子或者绝缘串上闪络的类型。故障成因辨别系统包括变电站过电压监测装置和杆塔雷电监测装置，其中变电站过电压监测装置用于判断引起输电工程线路故障的闪络的成因是工频过电压、操作过电压还是雷电过电压，杆塔雷电监测装置用于确定输电工程线路故障点锁定塔。

Description

一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法及系统

技术领域

本发明涉及电网安全与防护应用领域，并且更具体地，涉及一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法及系统。

背景技术

我国超特高压输电工程线路故障，即超特高压输电工程线路跳闸是影响电力系统安全稳定运行的主要原因。面对超特高压输电工程线路跳闸事件，主要是单相接地、两相接地或三相接地故障，现场运行人员和科研工作者须要解决两个问题：一是确定引起线路故障的具体短路放电点位置——工程线路故障定位，二是根据短路放电点的位置等特征分析研究确定引起本次故障的成因是工频过电压、操作过电压还是雷击过电压造成的闪络，或者是污闪、冰闪还是雨闪造成的闪络。

目前流行的超特高压输电工程线路故障定位和成因分析工具是行波记录仪，即利用安装在线路两端变电站/开关站的行波记录仪监测的电压电流波信号进行定位。具体原理是根据故障点短路形成的电压电流负发射波传向线路两端的行波记录仪的时间差来确定故障点离线路中心点的距离。但是由于线路两端行波记录仪GPS时钟的同步误差以及线路实际的弧垂和档距内长度难以准确计算，导致该方法的定位误差极大，更不能判断是两基杆塔间还是杆塔处发生的短路闪络，为故障寻线造成非常大的困扰。另外，有时由于传统行波记录仪的采样频率较低，容易漏掉短路时的关键信息，对事故成因的判断不能提供足够的信息。

2012年以来，我国部分高压架空输电线路上装设了输电工程线路雷击在线监测系统。该系统是在线路的3相导线上每隔20km左右装设一套雷击电流的测量装置，根据测量获得的高频的雷击电流脉冲信号，推断线路是否遭受雷击绕击或反击，从而可以判别故障跳闸是否是雷击引起。该方法的定位精度较行波记录仪明显提高，但是无法确定遭受是发生在杆塔处还是两基杆塔的中间。因为该系统是测量线路导线中流经的电流，无法测量其上的电压，故不能分析判断线路故障时刻工频过电压和操作过电压的水平，所以对线路故障成因的判断不准确。

综上所述，以往的行波测距仪和装设在输电工程线路中间的3相导线上的输电工程线路雷击在线监测系统，虽然能够用作线路故障短路点的定位手段，但是这种间接的测量方法因离故障点的位置一般较远，测量的精度和可靠性存在不足。特别是不能识别闪络点是发生在杆塔处还是两基杆塔的档距中央，对于超特高压输电工程线路寻线定位故障点造成了不少的障碍，以及增加故障点定位人为出错的概率。另外，超特高压输电工程线路短路点可能是工频过电压、操作过电压或雷电过电压引起的，也可能是绝缘子(串)淋雨、覆冰或污闪引起的，还有可能是档距中央的断线或雷击档距中央地线引起的档距中央地线反击引起的。目前行波测距仪只能判断是否是工频过电压、操作过电压引起的故障，不能判断是否是雷电或其他原因引起的故障，装设在线路中间3相导线上的“电网架空线路雷击在线监测系统”只能判别是否是雷电引起的闪络跳闸，以及雷击闪络的类型。

发明内容

为了解决背景技术存在的无法全面准确判断输电工程线路故障成因的问题，本发明提供一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法，所述方法包括：

步骤1、通过测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度以及判断杆塔上测点的电流的方向，确定输电工程线路故障是发生在一基杆塔上，还是两基杆塔的中间；

步骤2、当故障发生在两基杆塔之间时，根据所述两基杆塔之间的输电线的断线状态确定故障类型是断线或者闪络，当故障发生在一基杆塔时，确定故障类型是闪络；

步骤3、当确定故障类型是闪络时，采集故障时刻过电压监测装置的电压，判断引起闪络的电压类型是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压。

进一步地，通过测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度以及判断杆塔上测点的电流的方向，确定输电工程线路故障是发生在一基杆塔上，还是两基杆塔的中间包括：

步骤1、测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，确定故障发生在强度最高的一基杆塔，或者两基杆塔中间，其中每个杆塔上有多个测点，并且分别位于杆塔塔顶地线羊角的引雷针上、地线两侧、距离杆塔一定距离的位置处；

步骤2、确定故障发生位置，其中：

当故障发生在一基杆塔时，以电流由一基杆塔向邻近杆塔流出为正方向，判断所述一基杆塔的每个羊角两侧地线的测点电流的方向，若每个羊角两侧的测点的电流方向相反，则故障发生位置在所述一基杆塔除地线以外的地方；若一个羊角两侧的测点的电流方向相反，一个羊角两侧的测点的电流方向相同，则故障发生位置在该电流方向相反的地线上。

当故障发生在两基杆塔中间时，故障发生位置在所述两基杆塔上羊角两侧的测点电流方向与其它测点电流相反的地线上。

进一步地，所述当故障发生在两基杆塔之间时，根据所述两基杆塔之间的输电线的断线状态确定故障类型是断线或者闪络包括：

当两基杆塔之间有断线，则确定输电工程线路故障成因是断线；

当两基杆塔之间没有断线，则根据两基杆塔之间发生故障一侧线路上的闪络痕迹确定输电工程线路故障成因是沿空气间隙击穿的闪络，并确定闪络路径。

进一步地，所述当故障发生在一基杆塔时，确定故障类型是闪络包括：

检测一基杆塔上绝缘子或者绝缘串上是否有闪络痕迹，若有，则确定输电工程线路故障成因是绝缘子或者绝缘串上的闪络；若没有，则确定输电工程线路故障成因是线路附近沿空气间隙击穿的闪络。

进一步地，所述当确定故障类型是闪络时，采集故障时刻过电压监测装置的电压，判断引起闪络的电压类型是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压包括：

当采集的电压为工频过电压或者操作过电压时，结合故障点的绝缘强度，判断闪络是否由工频过电压或者操作过电压引起；

当采集的电压为雷电过电压时，根据故障时刻线监测到的输电工程线路电流的波形，反演计算雷击电流的幅值，判断闪络是否由雷击引起。

进一步地，所述方法适用于超特高压气体绝缘开关GIS/混合气体绝缘开关HGIS输电工程线路。

进一步地，每基杆塔的每个测点上布置输电工程线路杆塔雷电监测装置，通过输电工程架空线路杆塔雷电监测装置测量每个测点电流的波形和幅值强度。

进一步地，当不是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压引起闪络时，根据绝缘子或者绝缘串的污秽以及故障发生时的气候条件，确定引起输电工程线路故障的闪络类型是污闪、雨闪还是冰闪。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种根据所述超特高压输电工程线路故障成因辨别进行超特高压输电工程线路故障成因辨别的系统，所述系统包括：

变电站过电压监测装置，其安装在输电工程线路两端，用于测量输电工程线路导线上的电压，通过测量获得的电压波形判断输电工程线路承受的过电压压力；以及

杆塔雷电监测装置，其安装在输电工程线路杆塔上，用于测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，以确定输电工程线路故障点锁定塔。

进一步地，所述变电站过电压监测装置包括过电压测量传感器、信号采集转换模块、通信模块和数据管理平台，其中，过电压测量传感器安装在输电工程线路两端变电站的三相导线上，其测量的电信号通过信号采集转换模块转换后，经通信模块传输给数据管理平台以获得电压波形，并通过电压波形推断出输电工程线路承受的过电压。

进一步地，所述杆塔雷电监测装置包括电流传感器、雷电流测量单元和数据处理单元，其中，电流传感器采集电流信号传输至雷电流测量单元，经过转换后传输至数据处理单元以获得雷击电流的波形和幅值强度。

通过本发明提供的超特高压输电工程线路故障成因辨别的方法以及系统，缩小了判断输电工程线路故障点的范围，从而显著减少了巡线人员的工作量，提高了确定故障定位点的可靠性。同时，通过所述故障成因辨别方法和系统，扩大了确定线路故障的成因，不仅能够判断故障是工频过电压、操作过电压或雷电过电压引起的，也可结合短路点特征判断故障是绝缘子(串)淋雨、覆冰或污闪引起的，还是两基杆塔的中间的断线或雷击地线引起的两基杆塔的中间的地线反击引起的。从而为故障后的处置、检修改造，甚至为今后线路优化设计，提供强有力的支撑。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1是本发明具体实施方式的超特高压输电工程线路故障成因辨别的方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式的每基杆塔上的测点的布置图；

图3是本发明具体实施方式的故障发生在一基杆塔时杆塔上的测点的电流的方向的示意图；

图4是本发明具体实施方式的故障发生在一基杆塔时杆塔上的测点的电流的方向的另一个示意图；

图5是本发明具体实施方式的故障发生在两基杆塔之间时，两个杆塔上的测点的电流的方向的示意图；以及

图6是本发明具体实施方式的超特高压输电工程线路故障成因辨别的系统。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1是本发明具体实施方式的超特高压输电工程线路故障成因辨别的方法的流程图。如图1所示，本发明所述的超特高压输电工程线路故障成因辨别的方法100从步骤S101开始。

在步骤S101，测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，确定故障发生在强度最高的一基杆塔，或者两基杆塔之间。

图2是本发明具体实施方式的每基杆塔上的测点的布置图。如图2所示，每个杆塔上有6个测点，测点1和测点4分别位于杆塔塔顶地线羊角的引雷针上，测点2和测点3，测点5和测点6分别位于地线两侧、距离杆塔0.5米到1.5米的位置处。

在步骤S102，确定故障发生位置，其中：

图3是本发明具体实施方式的故障发生在一基杆塔时杆塔上的测点的电流的方向的示意图。如图3所示，当故障发生在一基杆塔时，以电流I₃由一基杆塔向邻近杆塔流出为正方向，判断所述一基杆塔的每个羊角两侧地线的测点电流的方向，若每个羊角两个测点的电流方向相反，即I₂和I₃，I₅和I₆的电流方向相反时，故障发生位置在所述一基杆塔除地线以外的地方。

图4是本发明具体实施方式的故障发生在一基杆塔时杆塔上的测点的电流的方向的另一个示意图。如图4所示，以电流I₉由一基杆塔向邻近杆塔流出为正方向，判断所述一基杆塔的每个羊角两侧地线的测点电流的方向，若一个羊角两个测点的电流方向相反，一个羊角两个测点的电流方向相同，即与该杆塔连接的4根地线中流经的电流I₉，I₁₁和I₁₂方向相同、I₈方向相反，则故障发生位置在电流I₇流过的地线上。

图5是本发明具体实施方式的故障发生在两基杆塔之间时，两个杆塔上的测点的电流的方向的示意图。如图5所示，当故障发生在两基杆塔之间，且测量电流的杆塔连接的4根地线中流经的电流I₁₅，I₁₇和I₁₈方向相同、I₁₄方向相反，则故障发生位置在电流I₁₄流过的地线上。

在步骤S103，当故障发生在两基杆塔之间时，若两基杆塔之间有断线，则确定输电工程线路故障成因是断线；若没有断线，则根据两基杆塔之间发生故障一侧线路上的闪络痕迹确定输电工程线路故障成因是沿空气间隙击穿的闪络，并确定闪络路径；当故障发生在一基杆塔时，首先检测各绝缘子或者绝缘串上是否有闪络痕迹，若有，则确定输电工程线路故障成因是绝缘子或者绝缘串上的闪络；若没有，则确定输电工程线路故障成因是线路附近沿空气间隙击穿的闪络。

在步骤S104，当输电工程线路故障的成因是闪络时，采集故障时刻过电压监测装置的电压，判断引起闪络的电压类型是工频过电压、操作过电压还是雷电过电压，其中，当采集的电压为工频过电压或者操作过电压时，结合故障点的绝缘强度，判断闪络是否由工频过电压或者操作过电压引起，当采集的电压为雷电过电压时，根据故障时刻监测到的电流的波形，反演计算雷击电流的幅值，判断闪络是否由雷击引起。

优选地，所述方法适用于超特高压气体绝缘开关GIS/混合气体绝缘开关HGIS输电工程线路。

优选地，每基杆塔的每个测点上布置输电工程线路杆塔雷电监测装置，通过输电工程架空线路杆塔雷电监测装置测量每个测点电流的波形和幅值强度。

优选地，当不是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压引起闪络时，根据绝缘子或者绝缘串的污秽以及故障发生时的气候条件，确定引起输电工程线路故障的闪络类型是污闪、雨闪还是冰闪。

图6是本发明具体实施方式的超特高压输电工程线路故障成因辨别的系统。如图6所示，本发明所述超特高压输电工程线路故障成因辨别系统600包括：

变电站过电压监测装置601，其安装在输电工程线路两端，用于测量输电工程线路导线上的电压，通过测量获得的电压波形判断输电工程线路承受的过电压压力；以及

杆塔雷电监测装置602，其安装在输电工程线路杆塔上，用于测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，以确定输电工程线路故障点锁定塔。

优选地，所述变电站过电压监测装置601包括过电压测量传感器611、信号采集转换模块612、通信模块613和数据管理平台614，其中，过电压测量传感器安装在输电工程线路两端变电站的三相导线上，其测量的电信号通过信号采集转换模块转换后，经通信模块传输给数据管理平台以获得电压波形，并通过电压波形推断出输电工程线路承受的过电压。

优选地，所述杆塔雷电监测装置602包括电流传感器621、雷电流测量单元622和数据处理单元623，其中，电流传感器621采集电流信号传输至雷电流测量单元622，经过转换后传输至数据处理单元623以获得雷击电流的波形和幅值强度。

已经通过上述实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (11)

1.一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、通过测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度以及判断杆塔上测点的电流的方向，确定输电工程线路故障是发生在一基杆塔上，还是两基杆塔的中间；

步骤2、当故障发生在两基杆塔之间时，根据所述两基杆塔之间的输电线的断线状态确定故障类型是断线或者闪络，当故障发生在一基杆塔时，确定故障类型是闪络；

步骤3、当确定故障类型是闪络时，采集故障时刻过电压监测装置的电压，判断引起闪络的电压类型是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度以及判断杆塔上测点的电流的方向，确定输电工程线路故障是发生在一基杆塔上，还是两基杆塔的中间包括：

步骤1、测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，确定故障发生在强度最高的一基杆塔，或者两基杆塔中间，其中每个杆塔上有多个测点，并且分别位于杆塔塔顶地线羊角的引雷针上、地线两侧、距离杆塔一定距离的位置处；

步骤2、确定故障发生位置，其中：

当故障发生在一基杆塔时，以电流由一基杆塔向邻近杆塔流出为正方向，判断所述一基杆塔的每个羊角两侧地线的测点电流的方向，若每个羊角两侧的测点的电流方向相反，则故障发生位置在所述一基杆塔地线以外的地方；若一个羊角两侧的测点的电流方向相反，一个羊角两侧的测点的电流方向相同，则故障发生位置在该电流方向相反的地线上；

当故障发生在两基杆塔中间，则故障发生位置在所述两基杆塔上羊角两侧的测点电流方向与其它测点电流相反的地线上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当故障发生在两基杆塔之间时，根据所述两基杆塔之间的输电线的断线状态确定故障类型是断线或者闪络包括：

当两基杆塔之间有断线，则确定输电工程线路故障成因是断线；

当两基杆塔之间没有断线，则根据两基杆塔之间发生故障一侧线路上的闪络痕迹确定输电工程线路故障成因是沿空气间隙击穿的闪络，并确定闪络路径。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当故障发生在一基杆塔时，确定故障类型是闪络包括：

检测一基杆塔上绝缘子或者绝缘串上是否有闪络痕迹，若有，则确定输电工程线路故障成因是绝缘子或者绝缘串上的闪络；若没有，则确定输电工程线路故障成因是线路附近沿空气间隙击穿的闪络。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当确定故障类型是闪络时，采集故障时刻过电压监测装置的电压，判断引起闪络的电压类型是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压包括：

当采集的电压为工频过电压或者操作过电压时，结合故障发生位置的绝缘强度，判断闪络是否由工频过电压或者操作过电压引起；

当采集的电压为雷电过电压时，根据故障时刻线监测到的输电工程线路电流的波形，反演计算雷击电流的幅值，判断闪络是否由雷击引起。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用于超特高压气体绝缘开关GIS输电工程线路，或者混合气体绝缘开关HGIS输电工程线路。

7.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，每个测点上布置输电工程线路杆塔雷电监测装置，通过输电工程线路杆塔雷电监测装置测量每个测点电流的波形和幅值强度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当不是工频过电压、操作过电压或者雷电过电压引起闪络时，根据绝缘子或者绝缘串的污秽以及故障发生时的气候条件，确定引起输电工程线路故障的闪络类型是污闪、雨闪或者冰闪。

9.一种利用权利要求1-8中任意一个方法进行超特高压输电工程线路故障成因辨别的系统，其特征在于，所述系统包括：

变电站过电压监测装置，其安装在输电工程线路两端，用于测量输电工程线路导线上的电压，通过测量获得的电压波形判断输电工程线路承受的过电压压力；以及

杆塔雷电监测装置，其安装在输电工程线路杆塔上，用于测量输电工程线路杆塔上每个测点的电流的幅值强度，以确定输电工程线路故障点锁定塔。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述变电站过电压监测装置包括过电压测量传感器、信号采集转换模块、通信模块和数据管理平台，其中，过电压测量传感器安装在输电工程线路两端变电站的三相导线上，其测量的电信号通过信号采集转换模块转换后，经通信模块传输给数据管理平台以获得电压波形，并通过电压波形推断出输电工程线路承受的过电压。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述杆塔雷电监测装置包括电流传感器、雷电流测量单元和数据处理单元，其中，电流传感器采集电流信号传输至雷电流测量单元，经过转换后传输至数据处理单元以获得雷击电流的波形和幅值强度。