陳小華 許峰

摘要：風(fēng)電場(chǎng)是一類利用風(fēng)力清潔能源進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電站，其集電電纜是電力傳輸?shù)拇髣?dòng)脈結(jié)構(gòu)，也是故障問題的高發(fā)部位。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)故障檢測(cè)和故障處理，避免集電電纜線路故障給電力系統(tǒng)帶來的不利影響。本文首先介紹了風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路的基本情況，及利用分布式故障檢測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)行波法進(jìn)行故障檢測(cè)的重要性意義。接著分析了線路故障檢測(cè)分布式檢測(cè)單元的一般工作方式，常常是通過羅氏線圈的精準(zhǔn)檢測(cè)線路的電流、初行波波頭，通過信號(hào)的識(shí)別、傳輸來保障風(fēng)電場(chǎng)集中電纜線路的故障檢測(cè)信號(hào)能夠及時(shí)傳輸給主控制區(qū)。最后分析了分布式故障定位系統(tǒng)的構(gòu)成、運(yùn)行方式及各故障位置的定位分析，反映出分布式技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路故障檢測(cè)中的良好應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng)集電電纜;分布式檢測(cè);線路;故障檢測(cè)技術(shù);檢測(cè)單元

一、風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路

風(fēng)電場(chǎng)即利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電的場(chǎng)域，而風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路則是區(qū)域內(nèi)輸送大量電能的高壓輸電線路，既是支撐電力系統(tǒng)運(yùn)行的大動(dòng)脈，也是連接用戶終端與風(fēng)電場(chǎng)間的電力紐帶。集電電纜線路承擔(dān)的是輸運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的大量電能的重要職責(zé)，但這也導(dǎo)致其較易發(fā)生故障，干擾電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在我國(guó)積極探索風(fēng)力、太陽能、水力等清潔能源發(fā)電的過程中，風(fēng)電場(chǎng)也獲得了持續(xù)性的高速發(fā)展，基于信息化、自動(dòng)化的分布式故障檢測(cè)技術(shù)，成為檢測(cè)風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路的重要技術(shù)，保障了電力輸電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行能力?？偟膩碚f，面對(duì)復(fù)雜靈活的電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，及集電電纜的集中電纜式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的行波波速取值存在的不確定性將很大程度的降低測(cè)距檢測(cè)精度，這可能導(dǎo)致故障檢測(cè)位置存在偏差，在進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意加強(qiáng)不確定性控制。

為了加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)的電場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，可以采用分布式檢測(cè)技術(shù)，對(duì)輸電線路故障精確定位，將分布式檢測(cè)與傳統(tǒng)行波法融合應(yīng)用，從而對(duì)集電電纜中的故障進(jìn)行精確定位。風(fēng)電場(chǎng)分布式檢測(cè)技術(shù)通過在電力系統(tǒng)中的各部分設(shè)置電力檢測(cè)器，對(duì)其故障初始行波的波頭做好設(shè)識(shí)別和檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。這種檢測(cè)方式能夠避免故障行波在集電電纜中的折射、反射環(huán)節(jié)，讓故障檢測(cè)裝置能夠從復(fù)雜的行波類型中精準(zhǔn)識(shí)別行波波頭。分布式檢測(cè)也有利于在線實(shí)現(xiàn)對(duì)行波波速的精準(zhǔn)測(cè)量和精度損傷補(bǔ)償，通過降低行波波速的不確定性來提升測(cè)距精度。這種故障檢測(cè)技術(shù)的定位精度也不會(huì)受到線路、系統(tǒng)和電阻等的構(gòu)件類型、結(jié)構(gòu)的影響。

二、線路故障檢測(cè)的分布式檢測(cè)單元

在集電電纜的輸電線路發(fā)生接地故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)自故障點(diǎn)往兩端傳導(dǎo)的大量電流，同時(shí)產(chǎn)生有較寬頻段的電壓行波，故障態(tài)下的電壓行波行波頻帶在幾百到幾千赫茲不等，行波傳導(dǎo)到一般互感器等高壓設(shè)備后會(huì)發(fā)生畸變。所以，為了保障采集的故障行波信號(hào)是真切準(zhǔn)確的，應(yīng)當(dāng)設(shè)置有足夠帶寬的傳感器。例如帶寬在1 MHz及以上的羅氏線圈傳感器，適應(yīng)暫態(tài)故障行波的帶寬傳感要求，能夠在行波信號(hào)通過時(shí)不出現(xiàn)失真變形問題。

線路故障檢測(cè)的分布式檢測(cè)單元的構(gòu)成包括電源模塊和電源管理線路，前者則一般可以再細(xì)分為高效取電線圈和超級(jí)儲(chǔ)能電容（足夠帶寬）。線路故障檢測(cè)的各檢測(cè)單元是保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性供電性能的重要環(huán)節(jié)，是風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路故障檢測(cè)的重要技術(shù)。羅氏線圈是一類電流傳感器，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)區(qū)域電路通過的電流信號(hào)，并將其輸出至A/D轉(zhuǎn)換采樣模塊。隨著模塊接受電流輸入信號(hào)，可根據(jù)di/dt等電流變化率的值來計(jì)算該電路部分的實(shí)際電流。若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)單元的電路輸入值大于該區(qū)域的閾值范圍，則會(huì)提升采樣模塊的采樣速度，從而精準(zhǔn)測(cè)定檢測(cè)線路部分的故障行波信號(hào)。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)識(shí)別高速采樣得到的初行波波頭，通過檢測(cè)時(shí)間、信號(hào)波長(zhǎng)等信號(hào)，確定區(qū)域是否出現(xiàn)了故障問題，并將分布式檢測(cè)單元所收集到的GPS信號(hào)向系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行發(fā)送整合。

三、分布式故障定位系統(tǒng)

分布式故障定位系統(tǒng)的構(gòu)成部分包括各分布式檢測(cè)單元、處理器、電源管理、監(jiān)控主機(jī)等，在面對(duì)有較強(qiáng)復(fù)雜性的風(fēng)電場(chǎng)集電電纜線路。分布式檢測(cè)單元還可以細(xì)分為：感應(yīng)取電和電源管理是系統(tǒng)各區(qū)域設(shè)備球體單元的重要供電部分;微處理器、行波獲取模塊是精準(zhǔn)獲取故障行波信號(hào)，并對(duì)其做好初步處理的重要信號(hào)檢測(cè)分析部分;GPS遠(yuǎn)程通訊模塊則是搭載的單元與主機(jī)的重要通訊部件，能夠?qū)⑿胁ǔ跏疾^的相關(guān)時(shí)間、波長(zhǎng)、頻段等指數(shù)發(fā)送給監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)能夠整合多個(gè)分布式檢測(cè)的發(fā)送信號(hào)，結(jié)合其安裝位置、電流傳輸路徑等條件，給出故障線路位置的初步判斷;隨著該檢測(cè)單元的繼續(xù)檢測(cè)，則可以根據(jù)行波的時(shí)間、波段變化等再做故障發(fā)生位置的精確計(jì)算。在風(fēng)電場(chǎng)集中電纜的線路故障檢測(cè)監(jiān)控主機(jī)得出定位結(jié)果后，會(huì)將其發(fā)送至檢修人員信息終端中，保障了集中電纜這些重要部分能夠得到快速檢修。

1.確定故障支路

解決集中電纜線路故障測(cè)距的關(guān)鍵是分析和確定故障的支路部分。在出現(xiàn)電纜線路故障時(shí)，故障定位系統(tǒng)會(huì)先通過分析各分布式檢測(cè)單元的上傳數(shù)據(jù)，結(jié)合初始行波波頭判斷出故障所在的支路。以存在10條輸電線路的風(fēng)電場(chǎng)集中電纜線路為例，各線路上搭載的檢測(cè)單元數(shù)一般依照其線路長(zhǎng)度來進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排。一般在各線路上的線載分布式檢測(cè)單元（DFDU）設(shè)置為10 km-20 km間距。

分布式故障檢測(cè)技術(shù)是通過各條輸電線路上的檢測(cè)單元，來確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)區(qū)域的故障行波，并精準(zhǔn)捕捉未經(jīng)過反射影響、有較大波幅值的第一個(gè)故障行波的波頭，具有檢測(cè)精度高、易識(shí)別的優(yōu)勢(shì)。假設(shè)線路的MN段發(fā)生故障，則故障行波會(huì)從該故障點(diǎn)往M、N的線路兩端傳播，最先經(jīng)過也是最先被檢測(cè)的部分就是線路MN中間到兩端安裝的分布式檢測(cè)單元。這也是系統(tǒng)主機(jī)判斷故障支路的重要依據(jù)，能夠根據(jù)各檢測(cè)單元對(duì)故障行波的初檢測(cè)時(shí)間來確定故障支路，最先檢測(cè)到分布式單元位于的線路即為故障問題產(chǎn)生的支路。

2.定位故障點(diǎn)

故障點(diǎn)的定位需要依據(jù)集中電纜線路的故障支路位置，結(jié)合本線路各檢測(cè)單元（DFDU）高速檢測(cè)模式下的持續(xù)性檢測(cè)數(shù)據(jù)，據(jù)此進(jìn)行故障點(diǎn)的計(jì)算和定位。若故障位置在分布式檢測(cè)單元的節(jié)點(diǎn)M，故障行波都是從分支節(jié)點(diǎn)在線路中流通，而離節(jié)點(diǎn)M最近的分布式檢測(cè)單元應(yīng)當(dāng)會(huì)更早檢測(cè)到故障行波信號(hào)。一般為了檢測(cè)具體故障節(jié)點(diǎn)，會(huì)在線路段中加設(shè)分布式檢測(cè)單元，通過更多單元的檢測(cè)來精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，輔助集中電纜管理者對(duì)故障位置的處理工作。

四、結(jié)語

在風(fēng)電場(chǎng)集成電纜線路管理中，分布式技術(shù)與傳統(tǒng)行波法融合應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)故障問題的精準(zhǔn)定位，主要是通過集成電纜各線路中依據(jù)線路長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)的分布式檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，來在故障問題發(fā)生時(shí)更精準(zhǔn)的檢測(cè)到初始行波的波頭，通過綜合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，為風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)管理提供故障處理依據(jù)。

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