［關(guān)鍵詞］輸配電線路；運(yùn)行維護(hù)；故障排除；故障錄波器

隨著社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展，人們對(duì)電力的依賴和需求日益增加。這種增長(zhǎng)的電力需求直接推動(dòng)了電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，以確保電力資源的穩(wěn)定供應(yīng)，進(jìn)而有效促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的提升。然而，在生產(chǎn)力效率不斷提高的同時(shí)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜[1]。且電網(wǎng)中眾多線路存在復(fù)雜的串并聯(lián)關(guān)系，一旦某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障而未得到及時(shí)有效的排查和處理，將可能對(duì)其他線路的正常運(yùn)行產(chǎn)生連鎖影響，最終可能導(dǎo)致對(duì)用戶供電的中斷[2]。在多端線路中，若能夠及時(shí)定位故障所在區(qū)段，并及時(shí)對(duì)該區(qū)段故障進(jìn)行精確排查，維護(hù)電路故障，可為用戶帶來(lái)更加穩(wěn)定的電網(wǎng)服務(wù)[3]。除及時(shí)進(jìn)行故障排查外，日常的運(yùn)行維護(hù)也十分重要。

1 基于故障錄波數(shù)據(jù)的輸配電線路故障排除技術(shù)

1.1 基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障初步定位

為確保配輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行并預(yù)防潛在故障，需選用恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段對(duì)故障進(jìn)行精確定位。通過(guò)及時(shí)隔離故障區(qū)域與正常線路，避免線路間相互干擾，保證輸電過(guò)程平穩(wěn)運(yùn)行。為確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，相關(guān)工作人員在執(zhí)行日常巡檢與維護(hù)任務(wù)時(shí)，必須擁有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備。同時(shí)，在實(shí)際操作中，應(yīng)針對(duì)具體情況，科學(xué)合理地選用相應(yīng)的檢測(cè)方法，以達(dá)到最佳效果[4]。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方式主要依賴于人工對(duì)輸電線路進(jìn)行逐一排查，但效率較低，且長(zhǎng)時(shí)間的故障排查會(huì)給電網(wǎng)用戶帶來(lái)不好的用電體驗(yàn)。為此，提出一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障檢測(cè)方法，幫助工作人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除，并盡快實(shí)現(xiàn)線路維護(hù)。故障錄波器能夠采集到線路及其分支上的電壓電流數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在故障分析及定位中有著重要意義。為了提高故障檢測(cè)的精準(zhǔn)度并充分利用故障錄波器中的數(shù)據(jù)價(jià)值，以故障錄波器采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行故障檢測(cè)。在進(jìn)行故障檢測(cè)之前，需要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，防止原始數(shù)據(jù)中包含的大量噪聲影響檢測(cè)精度。為此，將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論引入故障錄波數(shù)據(jù)的降噪處理中。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器能夠有效濾除信號(hào)中的噪聲，同時(shí)保留信號(hào)的主要特征。通過(guò)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器的處理，可提取出電壓和電流信號(hào)的主要特征，提高故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性。使用數(shù)字形態(tài)濾波器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)濾波處理之后，輸出的信號(hào)如下式所示。

式中，（n）和分別為開(kāi)–閉濾波器和閉–開(kāi)濾波器的輸出信號(hào)；（n）為混合濾波器的輸出信號(hào)，即為去噪后的信號(hào)。

使用數(shù)學(xué)形態(tài)濾波后的信號(hào)降噪變化如圖1所示。

在進(jìn)行信號(hào)去噪之后，依據(jù)電流方向初步確定故障所在區(qū)段。為使檢測(cè)得到的故障區(qū)段更加準(zhǔn)確，使用信號(hào)數(shù)據(jù)窗對(duì)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定。信號(hào)數(shù)據(jù)窗包含信號(hào)突變時(shí)間與數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)，確定合適的參數(shù)組合將進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)方法。為了準(zhǔn)確確定數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的最佳值，測(cè)試與驗(yàn)證過(guò)程，最終選定了200個(gè)采樣點(diǎn)作為最合適的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度。對(duì)于數(shù)據(jù)窗的信號(hào)突變時(shí)間點(diǎn)，研究選擇Db6小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解分析。分解重構(gòu)技術(shù)在信號(hào)處理中極為重要，其目的在于從復(fù)雜的信號(hào)中提取出有用的信息。其中細(xì)節(jié)系數(shù)能夠揭示信號(hào)在不同時(shí)間尺度和頻率下的局部特性。為更準(zhǔn)確地識(shí)別信號(hào)的突變點(diǎn)，將最大系數(shù)值作為信號(hào)突變點(diǎn)的判斷依據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪并選擇合適的信號(hào)數(shù)據(jù)窗參數(shù)之后，利用Pearson相關(guān)系數(shù)估計(jì)數(shù)據(jù)信號(hào)相關(guān)性并分析電流方向情況，以初步確定故障所在區(qū)段。根據(jù)下式可計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)的符號(hào)函數(shù)值。

式中，ρ為Pearson相關(guān)系數(shù)值，Dp為相關(guān)系數(shù)的符號(hào)函數(shù)值。

根據(jù)式（2）計(jì)算結(jié)果分析，若Dp值為-1，則說(shuō)明首末兩端電流方向相反，反之則電流方向相同。存在方向相反的區(qū)段則是故障所在區(qū)段。

1.2 故障區(qū)段精確測(cè)距及輸配電線路日常運(yùn)行維護(hù)

在初步確定故障所在線路之后，需要進(jìn)一步確定故障的精確位置，以便進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)和修復(fù)，保證電路穩(wěn)定運(yùn)行。在精確測(cè)距過(guò)程中，以區(qū)段內(nèi)首末兩端的電壓相量和電流相量為依據(jù)，計(jì)算得到準(zhǔn)確的故障位置。初步確定故障區(qū)段如圖2所示。

為確定故障發(fā)生位置，通過(guò)計(jì)算將穩(wěn)態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為三相穩(wěn)態(tài)向量。在此之后，利用對(duì)稱分量方法計(jì)算得到線路首末兩端的零序電壓電流。在檢測(cè)過(guò)程中需要通過(guò)誤差校正實(shí)現(xiàn)更高精度的故障定位結(jié)果。為此，以零序電壓電流相量為數(shù)據(jù)參考，計(jì)算對(duì)應(yīng)的同步測(cè)量誤差。末端零序電壓和電流相量如下式所示。

式中，UR0和UR0_real為測(cè)量和實(shí)際零序電壓相量，j為參數(shù)，IR0和IR0_real為測(cè)量和實(shí)際零序電流相量，θ為同步測(cè)量誤差。

為對(duì)線路中的故障點(diǎn)進(jìn)行精確檢測(cè)，研究根據(jù)首末兩端的零序電流和電壓值得到該點(diǎn)的零序電壓。而故障點(diǎn)的零序電壓是相等的，因此可構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的零序電壓幅值差異度函數(shù)，具體如下式所示。

式中，U0_L和U0_R為從線路首端和末端推算得到的x點(diǎn)處的零序相量，（x）為幅度差異函數(shù)。

為求解故障精確測(cè)距判距的最小值，使用黃金分割搜索算法得到最佳數(shù)值，進(jìn)一步確定故障位置。在確定故障位置之后，需要及時(shí)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行維修，以保證電路的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)于輸配電線路的日常運(yùn)行維護(hù)也非常重要。為了有效地進(jìn)行輸配電線路的維護(hù)，需要建立完整的維護(hù)管理制度。首先需要強(qiáng)化日常巡檢，并在日常巡檢工作中，對(duì)輸電線路進(jìn)行監(jiān)督管理，利用所設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法對(duì)線路進(jìn)行定期檢查。尤其在惡劣氣候環(huán)境下，需要及時(shí)排除線路中的潛在故障。此外，利用黃金分割搜索算法對(duì)故障檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，可在配輸電線路的日常維護(hù)中，通過(guò)日常巡檢和故障檢測(cè)，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除關(guān)鍵技術(shù)實(shí)例分析

為檢驗(yàn)研究提出的基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除關(guān)鍵技術(shù)的有效性和可靠性，試驗(yàn)利用仿真軟件MATLAB在線路同一區(qū)段中3個(gè)位置處模擬不同故障狀況的接地故障點(diǎn)。并利用研究設(shè)計(jì)的故障排除技術(shù)進(jìn)行精確定位，幫助工作人員進(jìn)行故障排除。分析在不同噪聲情況下的測(cè)距相對(duì)誤差。故障狀況1和故障狀況2分別為單相接地故障和相間短路接地故障。在每種故障狀況下，研究在線路同一區(qū)段的3個(gè)不同位置設(shè)置故障點(diǎn)。誤差結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，隨著信噪比的增大，精確測(cè)距誤差逐漸減小，當(dāng)信噪比達(dá)到20dB時(shí)，測(cè)量誤差達(dá)到最大值。但總體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的基于故障錄波數(shù)據(jù)的故障排除技術(shù)相對(duì)誤差皆不超過(guò)0.1‰?？梢钥闯?，信號(hào)信噪比對(duì)故障排除技術(shù)的影響并不大，研究設(shè)計(jì)的故障檢測(cè)方法能夠滿足故障排除要求。在輸電線路的日常運(yùn)行維護(hù)中，通過(guò)研究提出的故障檢測(cè)方法進(jìn)行故障排除，同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)維修，能夠有效幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力配輸線路至關(guān)重要，只有保證輸電線路的正常運(yùn)行才能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這需要工作人員及時(shí)對(duì)線路故障進(jìn)行檢測(cè)，并在日常運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中使用故障檢測(cè)方法對(duì)線路進(jìn)行巡檢以及維護(hù)。為此，本研究利用故障錄波器采集數(shù)據(jù)并利用Peasron相關(guān)系數(shù)以及黃金分割搜索方法實(shí)現(xiàn)多端輸電線路的故障處精確定位。通過(guò)試驗(yàn)分析證明，研究設(shè)計(jì)方法的相對(duì)測(cè)距誤差皆不超過(guò)0.1‰，能夠有效實(shí)現(xiàn)線路故障的精確定位。通過(guò)精確定位，工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)故障，最快速度對(duì)故障進(jìn)行檢修維護(hù)，為用戶用電提供可靠的電力服務(wù)。