电力线路故障无线监测系统1

1、DBFQ输配电架空线路故障定位及在线监测（控）系统1.0 系统概述输配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外破、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。输配电线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于中高压输配电线路上，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测线路的正常运行情况和故障发生过程。该系统可以帮助电力运行人员实时了解线路上各监测点的电流、电压（对地电场）、导线

2、温度【可选】的变化情况，在线路出现短路、接地、过温【可选】等故障以后给出声光和短信通知报警，告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行处理。主站SCADA系统除了显示线路故障电流途径和位置，还能显示线路负荷电流、零序电流、故障电流、线路对地电压、接地暂态接地电流、导线温度【可选】的变化情况并绘制历史曲线图，用户根据需要还可以增加开关位置遥信采集、开关遥控等功能。该故障定位及在线监测（控）系统还可以提供瞬时性短路故障、瞬时性和间歇性接地故障的在线监测和预警功能，以及故障后事故分析和总结功能。1.1 系统组成包括若干个架空线路监测点和1套主站系统。每个监测点的设

3、备包括：330只LPK2-A数字故障指示器、1台数据采集器（含太阳能电池板和后备电池）。主站系统包括：1台服务器、工控机或商用工作站（单机模式）或者1台嵌入式服务器+1台工作站（服务器+工作站模式），1套主站软件。 FCI：Digital Fault Current Indicator 数字故障指示器DCU：Data Collect and Control Unit 数据采集器，内置低功耗GPRS DTU，可选电动开关遥信和遥控功能EFU：Earth Fault Line Select Unit 变电站接地选线装置（可选设备）。备注：1、如果站内没有安装EFU或不能从变电站、调度系统获得EFU

4、的接地选线结果和母线电压数据，则可以在变电站出线某分支某台配电变压器处装设1台LPK2-U型接地电压报警装置。2、LPK2-U的作用是通过监测三相电压来确认系统是否有真的有永久性接地故障，如果系统没有接地则闭锁主站发送接地故障定位短信通知。接地电压告警装置LPK2-U包括三部分：（a）电子PT 3个，A、B、C三相各装一个，组合在一起安装；（b）相电压监测故障指示器LPK2-U 1只，用于监测三相电子PT的相电压；（c）数据采集器LPK-DCU0 1台，用台变低压交流220V供电。3、LPK2-U装在靠近变电站的某个分支线的某个台变高压侧，装在刀闸的下面，平时功耗只有2W（=0.3mA*6kV

5、），不会影响到刀闸的熔断器参数。LPK2-U与DCU0通过无线跳频通信，DCU0到主站采用GPRS通信方式和IEC60870-5-101通信协议。1.2 总体要求1.2.1 当线路正常运行时：系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、首半波暂态接地电流、线路对地电压等线路运行信息和太阳能充电电压、电池电压等设备维护信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关实时信息和历史数据。为及时掌握线路故障前的运行状态，保证线路正常运行，避免事故发生，并为在线调整故障检测参数提供技术手段。1.2.2 当线路发生故障时：系统能够及时判断出短路、过流和接地故障点，并将动作信号、短路报警电流、首半波暂态

6、接地电流、线路对地电压、接地报警电流等故障信息处理后发送至主站，在主站能购方便地查询有关历史数据和故障信息。为方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大。1.2.3 故障定位应准确，不应有误动和拒动。当误发或拒发动作信号时，可在线调整数字故障指示器的故障检测参数，并通过主站收集到的故障电流、电压历史曲线来辅助分析判断故障的位置。1.2.4 主站软件应运行可靠，使用简单，维护方便。1.2.5 现场设备采用太阳能电池板或开口CT取电，运行稳定可靠。1.2.6 实时运行数据（历史曲线）和故障信息（SOE记录）可以在本地电脑上查询，也可以在远程电脑上通过WEB浏览方式进行查询操作，还可以在手机上获悉故障

7、定位信息，也可以在现场确认，整个系统的运行应能够保持各方获得的信息一致，并且符合实际情况。1.2.7 根据用户需要，可以加装无线温度传感器，可以在线监测导线（接头）的运行温度。1.3 供货清单本期工程试点线路为？变电站？条出线，其中变电站出口安装？个监测点，？线安装？个监测点、？线安装？个监测点、？线安装？个监测点、？线安装？个监测点。另外，对于没有安装监测点的小分支线路，建议安装不带远程通信的短路接地二合一故障指示器(100A档LPK1-A)。备注：1个监测点=若干个在线检测单元和1台远程通信终端。配电线路故障定位及在线监测（控）系统设备配置清单分类名称型号数量主站系统主站软件（SCADA/

8、FA-WEB）LPK-10001套主站硬件（DELL 790MT）主站短信猫（LPK-CM310）UPS不间断电源(1kVA/2h)【可选】在线监测单元“四遥”数字故障指示器（可分100A、300A、600A、1200A档）LPK2-A90只远程通信终端数据采集器（不带开关遥控、遥信）LPK-DCU130台数据采集器（带开关遥控、遥信）LPK-DCU30台接地误报闭锁装置相电压监测及接地报警装置【可选】LPK2-U1台GPRS通讯SIM卡中国移动（包月30M流量）工业SIM卡31SMS通讯SIM卡中国移动（包年500条短信）工业SIM卡1主站静态IP或动态域名供电公司服务器对外IP地址（APN

9、专线），或电话线ADSL，或捆绑固定IP地址的APN专线SIM卡（容量小，不推荐）1DCU1端口号在供电公司服务器或ADSL路由器上开通1WEB端口号在供电公司服务器或ADSL路由器上开通1备注：1、1台数据采集器标配39只LPK2-A“四遥”数字故障指示器，特殊场合可配30只。带测温功能的型号为LPK2-TA。2、如果线路平均负荷电流低于30A，须将本地无线发射功率设置为11dbm。此时，本地无线组网可靠通信距离（半径）为3060米，空旷、没有无线干扰场合下可达60100米。3、如果线路平均负荷电流高于30A，可将本地无线发射功率设置为20dbm。此时，本地无线组网可靠通信距离（半径）为60

10、100米，空旷、没有无线干扰场合下可达100300米。4、主站硬件根据在线监测（控）点的具体数量进行灵活配置。1.4 标准和规范1.4.1 除本技术规范书特别规定外，供应商所提供的设备均按下列标准和规定进行设计、制造、检验和安装。1.4.2 本技术规范书是参照以下标准制定的，投标的系统和设备符合本技术规范的要求，本技术规范未作规定的要求按照下述标准执行。ISO-国际标准化组织标准IEC-国际电子技术委员会标准ITU-T-国际电信联盟标准IEEE-美国电气电子工程师协会标准EIA-电子工业协会标准GB-中华人民共和国国家标准DL-中华人民共和国电力行业标准1.4.3 数字故障指示器符合如下标准要

11、求：GB/T 110221999 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB311-83/683高压实验方法GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合GB11022-89高压开关设备通用技术条件配电线路故障指示器技术规范（2010年） 国家电力公司农电部、科技部1.4.4 线路故障定位及在线监测（控）系统符合如下通信标准要求：1）DL5003-91电力系统调度自动化设计技术规程2）DL 5002-91地区电网调度自动化设计技术规程3）DL/T 635-1997县级电网调度自动化系统功能规范4）DL/T 789-2001县级电网调度自动化系统实用化要求及验收5）DL/T814-2002配

12、网自动化系统功能规范6）DL/T721-2000配网自动化系统远方终端7）农网自动化及通信系统建设技术指导意见（试行）（2002年） 国家电力公司农电部 农电2002-32号8）国家电网公司县城电网建设与改造技术导则（2003年） 国家电力公司农电部、科技部9）配电系统自动化规划设计导则 中国电机工程学会城市供电专业委员会10）10千伏配网自动化发展规划要点 国电公司发输电运营部11）远动设备及系统-传输规约：第101篇 基本远动任务配套标准（IEC60870-5-101规约）12）远动设备及系统-传输规约：第104篇采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问（IEC60870-

13、5-104规约）13）配电线路故障指示器技术规范（2010年） 国家电力公司农电部、科技部1.5 工作原理系统应采用以下原理工作，当线路发生故障时，线路中会流过稳态和暂态故障电流并且线路电压会发生改变，根据这些暂态现象可以判断该位置的线路是否发生故障。1.5.1 永久性相间短路故障检测判据线路发生相间永久性短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障点连接的回路上会流过很大的电流，同时变电所的继电保护装置会按照速断、过流定值启动保护，使得线路跳闸断电。永久性短路故障采用自适应负荷电流的过流突变判据时，应有4个条件：（1）线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟（2）线路中出现100A以上的

14、突变电流；或者短路电流超过人工设定的短路故障检测参数（速断、过流定值），定值范围为1002000A/203000ms。（3）大电流持续时间不超过10秒钟，即0.02sT10S，T为电流突变时间（4）10秒钟后线路处于停电（无流、无压）状态以上四个条件同时满足，数字故障指示器判断该位置的线路后出现永久性或瞬时性短路故障。1.5.2 单相接地故障检测判据线路发生单相接地时，根据不同的接地条件（例如金属性接地、高阻接地等），会出现多种复杂的暂态现象，包括出现线路对地的分布电容放电电流、接地线路对地电压下降、接地线路出现5次和7次等高次谐波增大，以及该线路零序电流增大等。综合以上情况，架空线路的单相接

15、地判据如下：（1）线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟（2）线路中有突然增大的杂散电容放电电流，并超过设定的接地故障检测参数（暂态接地电流增量定值）（3）接地线路电压降低，并超过设定的接地故障检测参数（线路对地电压下降比例、对地电压下降延时）（4）接地线路依然处于供电（有电流）状态以上四个条件同时满足时，数字故障指示器判断该位置后面有单相接地故障。对于架空入地有三相电缆场合，可以通过监测稳态零序电流大小来检测单相接地故障，同时通过“捕捉”暂态零序电流的大小来辅助判断单相接地故障。三相电缆接地故障判据为：（1） 零序电流速断或过流启动（两段式）：060A/09.99S（在线可设）；出厂默

16、认参数为速断10A/500ms、过流5A/1S。（2） 暂态零序电流增量启动：0100A/0.013ms（在线可设），本地不指示，只上报接地故障电流。出厂默认参数为零序暂态电流增量为30A。1.5.3 过流雷击、外破、线路瞬时故障等原因，造成线路瞬时过流跳闸，但又恢复正常供电,没有造成永久短路。 其故障判据与永久性故障判据一致。瞬时性故障动作以后，可以通过主站系统遥控复归，不必等到24小时以后才定时复归。1.5.4 瞬时性接地故障查找对于架空线路，通过数字故障指示器捕捉并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的首半波暂态接地电流、线路对地电压，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。 1.5

17、.5 导线带电监测架空型“四遥”数字故障指示器可实时监测导线对地电压，具备以下功能：1、实时检测导线是否带电，并测出导线对地电压值的大小；2、启动首半波的接地故障判据，判断接地故障；3、通过实时采集和观察导线对地电压的变化趋势，可以判断导线是否有绝缘破坏和断线现象。1.5.6 导线温度监测【可选功能】采用高性能的温度探头等电位安装以监测输电线路的温度。温度探头由温度传感器芯片、圆筒形金属壳体和内部填充物组成，壳体内部填充物为绝缘性高和导热性好的石英粉，壳体表面使用环氧树脂固封。温度探头安装在数字故障指示器的顶部灌胶面上，并由灌胶固定。温度探头的裸露部分套在导热金属板上，数字故障指示器安装导线或

18、电缆头上时，导线会直接压住金属导热板上，导线温度经过金属导热板直接传导给温度探头。温度探头产生的电流信号经过信号检测电路，直接传到低功耗单片机进行A/D采样，最后计算出温度值。温度传感器芯片的测温范围为-55150，测温精度为1。电缆二遥数字故障指示器每15分钟测量一次温度并主动上报，或被电缆二遥数据采集器【GPRS通信终端】巡检。1.5.7 开关位置监测【可选功能】在开关上增加行程开关、电磁式接近开关或者反射型红外光接近开关，把辅助接点引出，接入架空一遥或二遥FTU【GPRS通信终端】即可。带遥信采集功能的单台FTU最大可接入6路开关遥信量，并可提供4路开关遥控输出。1.6 主站系统主站系统

19、主要实现数据采集与控制SCADA、馈线自动化FA、故障定位FLS、远程浏览WEB、与其它系统（GIS等）接口功能。1.6.1 功能要求u 数据采集u 数据处理（包括计算量的处理）u 控制和调节u 事件顺序记录（SOE）及报警处理u 系统时钟和时钟同步（可选）u 网络拓扑和动态着色u 历史曲线u 故障信息实时检测和故障定位u 故障指示器的动作信号纠错和补漏u 无人值班短信通知u 权限管理u 通道监视与统计u 运行工况WEB浏览u 故障信息和故障通知记录WEB浏览u 运行数据历史曲线通过WEB历史查询u 向GIS系统转发“二遥”实时数据（可选）u 接收并执行GIS系统下发的遥控、遥调命令（可选）1

20、.6.1 主要性能1.6.1.1 主站系统容量u 数字量 10000u 模拟量 10000u 累加量 10000u 遥控量 1000u 虚拟量 10000u 转发量10000u 监测（控）点数量 2541.6.1.2 主站系统可靠性u 遥测合格率98%u 遥信准确率99%u 遥控正确率99.99u 遥调正确率99.991.6.1.3 主站系统实时性（GPRS通信方式）u 遥信量变化传送5秒u 遥测量变化传送15分钟u 遥控命令响应时间10秒u 故障定位响应时间5分钟u 事故推画面时间3秒u 调用画面响应时间2秒u 画面自动刷新周期5秒1.7 数据采集器主要用于110kV及以下输配电线路，通过短

21、距离无线跳频通信方式，实时采集附近100米范围内安装的39只数字故障指示器的运行数据和故障信息（线路对地电压、负荷电流、短路报警电流、首半波暂态接地电流、接地报警电流、短路故障动作标志、接地故障动作标志、稳态零序电流、暂态零序电流、电缆头温度等）以及数据采集器本身的运行状态（太阳能取电电压、电池电压等），然后将打包数据通过GPRS通信方式发送到远程主站系统进行分析和处理。架空型数据采集器LPK-DCU1基本配置：20W太阳能板，或20VA开口CT或开关内置CT取电装置； 7.2Ah/12V铅酸蓄电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通信模块；管理周边100米范围内330只LPK2-A“四遥”数字

22、故障指示器,相当于同时实现多达10条线路的故障定位和实时在线监测功能。1.7.1 功能要求u 体积小，重量轻，带电装卸u 功耗低，采用太阳能电池板供电（或全户外开启式CT取电），带后备电池，无太阳或线路停电以后RF和GPRS可在线7天u 通过无线跳频或GPRS通信方式可在线设置参数u 遥控数字故障指示器翻牌/复归、指示灯点亮/熄灭u 防死机和少维护设计u 对上采用GPRS通信方式和标准101通信协议u 对下采用无线跳频通信方式，带CRC校验和数据加密的跳频协议u 可提供带开关位置遥信采集和开关遥控功能的数据采集器1.7.2 主要性能u 电源：标配18V/20W太阳能电池板组件（或CT取电装置）

23、u 电池：标配7.2Ah/12V进口铅酸蓄电池u 整机静态平均功耗：55mA/3.6Vu 整机动态平均功耗：80mA/3.6V（RF和GPRS数据每分钟发送一次时）u 遥测：电流精度为2%（100A额定电流时）或者2A（电流小于20A时）；电压线性度优于5%；LPK2-TA的测温精度为1（-55150）。u 遥控（可选）：4路3A/30VDC继电器空接点输出，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥控电源和开关操作电源u 遥信（可选）：6路115mA/30VDC开关位置辅助接点输入，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥信电源u 遥调：远程设置19只数字故障和数据采集器本身的参数u 通信频率（短

24、距离无线）：420440MHz（出厂设置434M基频，每个基频有64个独立调频信道，自动跳频），40kbps通信速率（双向），30300米通信距离可调（灌胶以后、双向通信，20dbm，）u 带数字故障指示器数量：39只（架空），可扩30只（电缆）u 重量：5kg（不带开关遥信和遥控），25 kg（带开关遥信和遥控）u 尺寸（高宽厚）：150mm250mm200m（DCU1，不带开关遥信和遥控），450300200mm（DCU3，带开关遥信和遥控），u 设计寿命：8年以上（电池除外）u 环境温度：-2570u 环境湿度：595%u 防护等级：IP55u EMC等级：8kV静电放电，4kV脉冲群（CT取电），4kV雷击1（AC220V供电），4kV高频干扰（开关遥信）1.8 “四遥”数字故障指示器用于10kV小电流接地系统，准确检测线路短路、接地故障并给出翻牌和闪灯指示，可采集【或捕捉】到线路负荷电流、首半波接地暂态接地电流、首半波接地报警电流、线路对地电压、稳态零序电流、暂态零序电流、电缆头对地电压、导线接头温度等实时数据和故障信息。同时具备故障定位及在线监测（控）系统无线调频通信接口，为人工参与分析、判断单相接地故障点，实现在线检测瞬时性短路、接地故障，在线监测亚健康运行状态，并可远程调整短路和接地故障检测参数。1.8.1