第六讲输电线路故障诊断

第六讲电网故障诊断背景资料新华社北京2005年6月13日电，为借鉴、吸取北美“8·14”大停电以及莫斯科“5·25”大停电事故的教训，根据国务院领导批示，国家有关部门正联手采取措施，加强电网建设，健全应急机制，确保我国电力供应安全。背景资料前年年初的南方大雪灾,16个省,贵州,湖南,江西特别大.大雪压断高压线\铁塔,北方支持南方.全国听从中央.事后评论:1.加强电网建设,从输电线路上避免事故;2.加强故障分析和诊断能力,把事故消灭在发生时.背景资料解决办法:1.线路断在那里?----输电网故障诊断。技术的重视和应用。人海战术。2.线路设计水平为多少年为合适?---50年?100年?要增加投入。3.线路如何化冰?---震动器、加热器、甚至机器人。科技发展和发明。输电网故障诊断1.概述2.基于优化技术的故障诊断3.输电线路故障测距技术一.概述电网故障诊断的意义现代电网的规模、容量和覆盖范围越来越大，在国民经济和人民生活中占有重要的地位，因此故障停电将会给社会生产和人民生活造成重大的经济损失SCADA?(四遥功能)、EMS(高级应用软件)?为调度员对电力系统进行监测和控制提供了的手段问题:什么是四遥?遥测.遥讯.遥调.遥控?什么是五遥??+遥视什么是高级应用软件?潮流计算.状态估计.网络拓扑.负荷预报.AVC系统.电网故障诊断是调度员处理事故的辅助工具，可以起到缩短事故处理时间，防止事故扩大的作用.相当于今天许多部门设计的”事故处理预案”.准确性要求:(1)所用的信息是否完整、准确(2)所用的方法是否可靠故障信息的获取(1)电网遥信信息：断路器、隔离开关动作信息（时间、次数）(2)电网遥测信息：电压、电流及有功、无功功率测量值(3)保护时间信息：不同规约的保护动作信息(继电器是否动作?)(4)顺序事件记录信息(故障录波仪)对解决电网故障要求算法：一定的容错性(鲁棒性,有识别能力)过程：故障征兆信息可分为三层：一.故障的电气量信息;如电压,电流二.由故障电气量变化引起保护动作信息;如过电流保护三.由保护动作而引起相应开关动作信息如线路出口开关动作.故障征兆信息→分析处理→故障位置电网故障诊断就是利用保护和断路器的动作信息识别发生故障的元件和误动作的保护与断路器，其中故障元件（断路器）的识别是关键问题.二.基于优化技术的故障诊断电力系统故障诊断就是要找出最能解释警报信号的故障假说。找到故障位置。故障区域的识别电力系统故障→继电保护动作→隔离故障元件→孤立无源网络→识别拓扑结构→故障后的无源网络(故障区域)通过实时网络结线分析含源区域正常停运区域被波及区域故障区域0－1整数规划基于优化技术的故障诊断方法，其思想是根据保护动作原理将故障诊断问题表示为0－1整数规划，然后用优化方法求解0－1整数规划表示元件的正常或故障状态（如：变压器）保护的未动作或动作状态（如：过电流保护）断路器的未跳闸或跳闸状态（如：变压器进线开关）其中:0--正常.未动作.未跳闸1-----故障状态.动作状态.跳闸状态.输电线路故障测距准确的故障测距有助于管理人员快速的确定故障的地点，减少维修人员巡线检查的时间，节省大量的人力物力，加快线路的恢复，及时供电，减少因停电造成的经济损失。例如:山区巡线;输电线路故障：瞬时故障永久故障绝缘击穿输电线路发生故障后，必须快速、准确地进行故障定位，及时地发现绝缘隐患输电线路故障测距的主要方法根据原理的不同大致分为两类：阻抗法和行波法电力系统故障分析阻抗法建立在工频电气量的基础上，通过建立电压平衡方程，利用数值分析方法求解得到故障点和测量点之间的电抗，由此可以推出故障的大致位置(50米内).根据所使用电气量的不同，阻抗法分为单端法和双端法两种.利用单端数据的测距方法单端法的本质是根据测距端的电压、电流之间的关系，从中消去未知量，得到含故障距离的测距方程。x010()3MMMlffUIKIxZRI011lllZZKZ为零序电流补偿系数在实际应用中单端阻抗法的精度不高，特别容易受到故障点过渡电阻、对侧系统阻抗、负荷电流的影响。而且算法往往是建立在一个或多个假设的基础上，而这些假设常常与实际情况不一致，因此单端阻抗法存在无法消除的原理性误差利用单端数据的测距方法利用双端数据的测距方法双端法利用了线路两端的电压、电流，列出从线路两端至故障点的电压方程，从中得到测距方程根据双端数据采样的同步与否，双端测距法可以分为两类：基于双端同步采样数据的算法；不需要两端数据采样同步的算法基于双端同步采样数据的算法MU这种方法利用外部时钟系统使双端数据采样同步，然后直接进行计算已知均匀输电线路始、末端电压、线路上任一点的电压为NU()cosh()sinh()cMMUxxxZUI()cosh()sinh()cNNUxlxlxZUI()()()coshsinhssscsfMsMsUUxIxZ()()()cosh()sinh()sssjcsfNsNsUUlxIlxeZ双端法利用了线路两端的电压、电流，这使得信息量大大增加，方程数目有足够的冗余度，可完全消除过渡阻抗对测距精度的影响，且不受故障类型和系统阻抗的影响，提高了对系统运行方式的适应性，能够保证较高的测距精度，在原理上可以实现精确故障定位行波法当输电线路发生故障时，将产生由故障点向线路两端母线传递的暂态行波，包括电压和电流行波，这其中包含着丰富的故障信息。通过分析故障行波中包含的故障点波头信息，就可以计算出故障发生的位置根据使用行波量的不同，行波测距原理可分为A型、B型和C型三种A型原理利用故障发生时产生的初始行波与该行波在故障点的反射波到达测量装置的时间差来进行故障测距行波法MFN1t2tB型原理利用故障发生时产生的初始行波分别到达线路两端测量装置的时间差来进行故障测距MFN1t2tC型原理利用故障发生后，在线路一段施加一个高频或者直流脉冲，根据这个脉冲在故障点和测量装置之间往返的时间差来进行故障测距A型和C型行波测距都是采用单端的方法，B型行波测距方法是双端法，需要双端信息同步行波法A型和B型对于线路的瞬时性和永久性故障都有较好的适用性，C型则只适用于永久性故障单端法行波故障测距MFN1t2t3tx从故障点产生的行波抵达测量母线的首波头时间为;从故障点反射回来的波头抵达测量母线时间为;从故障线路对端母线反射回来的波头抵达测量母线的时间为1t2t3tMFN1t2t3tx当故障点发生在线路的前半段时，从故障点反射回来的波头要比从对端母线N反射回来的波头抵达测量母线M要早2t3t123vtxvtx21()2vttx当故障点发生在线路的后半段时，从故障线路对端母线N反射回来的波头要比从故障点反射回来的波头抵达测量母线M要早MF1t2t3txN13xvtLLxvt312()()Lxvtt31()2vttxL3t2t在应用单端法进行故障行波测距时一个问题就是判断检测到的第二波波头是故障点反射波还是对端母线的透射波也即判断故障区段是位于前半段还是后半段，因为这将决定故障测距公式的取舍；另一个问题是对故障检测端相邻母线透射波的辨识问题，透射波可能造成测距的失败。双端法行波故障测距利用双端数据，使数据量增加了1倍，当然故障的信息量也增加了1倍，使我们能更加准确地判断故障距离优点是：可以不考虑行波的衰减因素、故障的过渡电阻及母线的反射条件缺点是：测距装置必须有两端的交换通道和时间同步设备，增加了装置的生产成本双端暂态行波故障测距方法如图所示，初始行波到达检测母线M的时间为,到达检测母线N的时刻为,故障发生的绝对时刻为1t2t0t1020()()vttxvttLxMFN1t2t21()2Lvttx单端法和双端法的比较单端行波测距的关键：一是：准确求出行波第1次到达测量端与其从故障点反射回到测量端的时间差二是：对故障行波分量的提取。由于行波在波阻抗变化处的折、反射情况比较复杂测量端检测到的行波波头众多，使得利用单端行波准确故障测距有较大困难双端行波法的关键是准确记录下电流或电压波第一次到达线路两端的时间，由于母线两端都只检测到第1个到达的行波，线路过渡电阻的电弧特性、系统运行方式变化、线路分布电容及负荷电流等对测距准确性不会造成大的影响这种方法不仅有很高的测距精度而且有很高的测距可靠性阻抗法和行波法的比较就现场实际应用而言，行波法和阻抗法是互补的，比较来说，阻抗法的实现较为简单，定位装置技术比较成熟，能保证在故障发生时可靠启动在资金投入方面，阻抗法可以利用现已大量投运的设备，硬件投资小，容易实现；行波法则需要高速的行波采集装置，硬件投资较大，技术较复杂从原理上看，与阻抗法相比，行波法几乎不受过渡电阻和系统运行方式等因素的影响，精确度优于阻抗法；但行波法存在故障行波的识别问题，且在近区还存在无法识别反射波区域，而近端恰好是阻抗法测距较准确的区段。从这意义上看，行波法与阻抗法具有优势互补性。就目前应用而言，基于阻抗法的测距装置已经被广泛应用高压输电线路，成为主要的故障测距方法。在国内，中国电力科学院和山东科汇电气有限公司等科研单位都成功研制出双端测距的装置，并成功用于实际电网，运行效果良好。配电网故障定位、隔离与重构概述配电网故障定位与隔离故障恢复配电网络及其故障处理的特点将电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络称为配电网。配电网的结构大体可以分为辐射状、树状和环状配电网的故障处理具有以下特点：(1)配电网不仅有集中在变电站内的设备，而且还有分布于馈电线沿线的设备。(2)配电网设备的操作频度及故障频度较高因此运行方式具有多变性，相应的网络拓扑也具有多变性。(3)配电网的典型是网络拓扑双电源环网和多电源多分段多联络树状结构，具有闭环设计开环运行的特点。(4)配电网的拓扑结构和开关设备性能的不同，对故障切除的方式也不同。配电自动化系统从广义上讲，利用现代先进的电子技术、通信技术和计算机技术，实现对配电网正常运行时的控制、监测和故障时的快速处理，以及配电的生产管理，设备管理的自动化。从狭义上讲，指配电网故障的自动化处理，即包括故障监测、故障定位、故障隔离、非故障区域的恢复供电的整个过程配电自动化系统是一种可以使配电企业远程进行实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统一是馈线自动化，即配电线路自动化二是用户自动化，即需求方管理三是变电站自动化四是配电管理自动化馈线自动化：通过安装在线路开关上的馈线终端单元监测各线路的运行状态，并可实现远方遥控。变电站自动化：可实现对各种电气设备运行参数的监测；开关就地或远方控制；与继电保护通信；与上级控制中心或其他控制系统通信。用户自动化：主要包括负荷管理、用电管理、需方发电管理等配电管理自动化：利用计算机技术、通信技术对配电网的运行进行管理。其具有以下几个基本功能：地理信息系统、自动绘图、网络分析、网络重构、停电管理综上所述，配电自动化是通过安装在馈线开关上的FTU对各馈线的运行情况进行监测，并通过通信系统在远方对其进行管理和控制，以确保配电网运行时的可靠性、安全性及供电质量。配电网自动化系统:1.在电网正常运行时，监视电网的运行状况，优化配电网的运行方式；2.当配电网发生故障或异常运行时，通过故障定位迅速查出故障区段，快速隔离故障区段，并通过网络重构及时恢复非故障区域用户的供电，缩短用户的停电时间，减少停电面积。配电网故障定位、隔离和恢复故障定位的目的是根据SCADA收集的故障信息来判断故障发生的馈线及所在的区段，为故障分析和供电恢复提供条件故障隔离的目的是把永久性故障从配电网络中隔离出来，避免在故障恢复的过程中将故障区段再次连接到正常供电馈线上故障恢复的目的：配电网发生永久性故障后往往是造成一条或数条馈线上的负荷全部失电。为了提高供电可靠性，有必要将那些非故障停电区域的负荷先恢复供电。故障元件被隔离之后，非故障部分被分为与电源连通和与电源隔离的两个或多个子网,前者通过闭合变电所中相应的出线断路器即可恢复供电。配电网故障定位的方法主要分为两类：一