高压直流输电线路故障特性分析

高压直流输电线路故障特性分析

武昌茂 崔洪雷

国网山东省电力公司寿光市供电公司 山东 潍坊 262700

摘要：近年来，电力电子技术得到了飞速发展，在电力系统中被广泛应用，在输电方面极大提高了线路的输送能力。高压直流输电(High Voltage Direct Current)就是在该技术的基础上，发展起来的一种具有高效稳定的输电技术。电力电子器件具有快速响应的特点，能够实现直流输电技术中交直流的快速转换，使电能以直流电的形式，传送到目标地方。

关键词:高压直流输电;输电线路;故障类型;线路保护

引言

实际上，高压输电线路的故障定位又被称之为“故障测距”，此类技术可以根据各种情况的线路故障类型与故障特征做出精准而快速的位置定位，将有问题的线路及时排除。经过多年的技术更新与迭代更新，目前我国的高压输电线路接地故障的定位技术已经发展的愈发多元化、创新化，未来势必会取得更为理想的工作成果。如下，笔者将结合自身多年来相关的工作实践，首先就高压输电线路运行与维护的特点展开论述，分析当前阶段高压输电线路常见的一些问题，并在此基础上探究高压输电线路接地故障的各类定位技术。

1直流输电线路故障特点

(1)发生故障后，线路中的故障电流会导致电弧的产生，容易引起火灾，在自然情况没有人为干预的情况下，难以熄灭。在交流系统中发生这种故障时，通常采用交流断路器切除即可，但在直流系统中，该方法无效。为了解决这一问题，基本是都是采用控制换流站触发延迟角的方法。(2)在直流系统中采取的控制措施，对该系统的线路保护和后备保护的影响需要进行考虑。直流输电系统的控制对系统的各个特征量具有强相关性，所以，控制措施不能像交流系统一样，忽略对保护的影响。(3)直流输电线路的故障发生的位置不同对线路的保护也有较大影响。(4)采用运行方式不同的直流输电系统，当发生故障时，各种电气量的变化情况也不一样，加大了线路保护的困难。

2导致超高压输电线路故障的相关因素

2.1雷击故障

通常情况下，输电线路的雷击故障更多会出现在山区的输电线路上，因为输电线路的雷击故障会受到当地落雷密度的直接影响，因此需要根据地域不同找出落雷次数最多的月份，这样才能更好地保护输电线路。输电线路受到雷击的概率与线路所在的地理位置有着直接关系。某地区雷电故障的发生地形统计：①平原4次占40%；②丘陵1次占20%；③山区5次占50%。但是在判断是否会出现雷击时，不能单纯地将线路杆塔的高低作为雷击的评判依据。雷击故障的发生地点比较分散，据不完全统计，在输电线路的雷击故障中，山顶、山坡的故障数量能够占据雷击故障总数的65%。一般而言，因为输电线路会受到断路器的保护，所以在遇到雷击故障时，修复成功率相对较高。

2.2地形因素

在一些特殊的地形环境下，一旦受到强风的影响，就易导致飑线风的产生。而在飑线风的负面影响下，绝缘子串与杆塔之间的空间距离会缩短，致使其在难以满足放电最低电压的相关要求时出现闪络故障。而从现阶段的超高压输电线路风偏闪络故障来看，通常都是受到灾害性天气的影响而发生的，且在降水量较大的雷电大风天气中，风偏闪络故障的出现概率要远高于其他天气状况。这是由于在强风的影响下，导线上附着的雨水会根据风向的变化而逐渐形成间断型水流，当雨水形成的间断型水流与放电闪络的路径处于同一方向时，就会导致其空气间隙内的放电电压下降问题，最终引发线路的风偏故障。同时，在一些地形较为特殊的地区，其风口与风道位置中的风力往往表现出较为集中的特征，使得该地区自身具有的微气象特征易引发超高压输电线路风偏故障问题。

2.3鸟害故障

输电线路的鸟害故障与季节关系比较大，而且这种故障在发生时会有一定的突发性。对于输电线路而言，在鸟类的筑巢期十分容易发生线路故障问题，对于大多数鸟类而言，春季与夏季是繁殖期，在这一时间段，鸟类相对比较容易成群出现，从而为输电线路的鸟害故障留下隐患。据有关调查，在天气正常情况下，鸟害故障大多数会发生在早晨2:00～5:00这个时间段，因为这两个时间段空气中的水分相对比较大，因为湿度的影响，鸟类的巢穴容易受潮变重。在遇到强降雨以及大风天气，便很容易影响到输电线路。鸟类的排泄物通常会散落在输电线路附近，但也有一部分排泄物会粘在输电线路之上，这样也会影响到输电线路的正常工作。

3超高压输电线路的防范措施

3.1防风偏绝缘子的应用

优化绝缘子型式也是当前解决超高压输电线路风偏问题的主要方向。从新型防风偏绝缘子的设计来看，其自身的安装不仅十分可靠，在使用的过程中风偏摆动幅度也更小，保证了导线杆塔之间的电气间隙，且设计上也将与杆塔进行连接的金具考虑在内，令后续工程技术改造的质量得到了保障。而且综合来看，防风偏绝缘子在投资上与瓷绝缘子和玻璃绝缘子相比更有优势。以某超高压输电线路为例，改造前使用的普通复合绝缘子串并不能在未加设重锤、防风拉线的情况下应对风偏故障，而改造后即便在风速达到４０ｍ／ｓ，防风偏绝缘子也能实现自身的稳定设置，避免风偏故障的出现。

3.2鸟害故障的防范措施

成群的鸟类能够严重危害到超高压输电线路的运行安全性，因此鸟类在成群活动中，不确定因素相对较多，而且拥有极高的流动性，因此在进行鸟害故障的防范时需要提前规划出一套完善的应对方法。对于鸟害故障的防范措施应该将防治与驱赶作为核心，在防治方案中可以通过加装防鸟粪挡板以及使用防鸟罩，或者通过增加绝缘子的盘径等一系列措施来达到防治鸟害的作用，这一类防治手段主要是通过减少鸟害的发生率来达到故障防治目的，在选择驱鸟设备时一定要结合当地的实际情况来选择最为合理的驱鸟设备，以此来提升输电线路的工作安全性。

3.3环境预防

信息化的设备可以完成视频的传输，以及对现场数据的检测，倘若系统传感器感应到现场出现波动的时候，就会马上发出报警信息，把现场的实际情况反馈给信息监控中心，可以探索建立一个无人机、人工巡视、直升机三者有机结合的巡线模式。

3.4优化综合设计

在对超高压输电线路风偏故障进行现场勘查的过程中可发现，在强风影响下，风偏故障现场附近的大树通常会出现树枝折断或连根拔起的情况，表明输电线路风偏闪络故障发生时面对的风力往往较大。结合超高压线路风偏故障的发生因素，可判断输电线路的风偏放电问题是受强风的影响而出现导线与杆塔、导线与导线空气间隙距离缩小的情况，致使其相互之间的间隙距离内的电气强度不符合系统运行电压。为此，在设计过程中就要基于风偏故障问题的特点，从设计风速、设计裕度、施工安装工艺、杆塔塔头尺寸等方向出发进行综合性优化，以预防并控制高压输电线路风偏闪络问题的发生，保障电力的安全稳定输送。

结束语

通过对高压直流输电线路故障的分析，得出了直流输电线路中的四种故障的表现形式，当系统故障发生后，针对不同电气量的变化，采用行波保护的方式对线路进行保护，可以较好的进行故障切除，使线路恢复到正常的工作状态。

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