故障指示器定位专项方案温江

故障定位系统技术方案北京合锐赛尔电力科技股份企业-2-9概要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难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，干扰了企业正常生产经营；其次给供电企业造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，很困难，浪费了大量人力，物力。中国10KV配电网系统关键以中性点非接地系统（俗称小电流系统，Y/Δ结构）为主，多年以来伴随电网建设速度加紧，配电网线路结构越来越庞大，越来越复杂，但因为在线路运行状态监测方面尤其单相接地故障监测方面一直无法满足广大电力用户需求，严重影响了供电质量。即使各供电企业配电线路大量采取故障指示器来处理故障寻址问题，客观上在一定程度上提升了查找故障效率，但现在中国外全部故障指示器均存在致命缺点：无法可靠、正确地检测单相接地故障线路。所以，故障指示器仅仅是处理了部分问题，没有处理广大供电企业迫切需要单相接地故障检测功效。而利用配网自动化系统能够实现故障监测及自动定位（寻址），但成本太大，难以推广。北京合锐赛尔电力科技股份多年来在电力系统输配电网自动化系统、故障检测技术方面积累了大量技术能力和丰富现场运行经验，为用户提供从主站系统到配电终端设备、一次设备、通信网络设备等全方位处理方案及装置，尤其是我企业根本性地处理了单相接地故障接地选线和故障定位问题，在中国第一次成功处理了单相接地故障检测技术难点。故障定位系统分为有源故障定位系统和无源故障定位系统，我企业系统型号分别为：FIS故障定位系统和FIS3000故障定位系统。系统故障监测采取成熟故障指示器，包含架空线路和电缆等多个类型。在系统中，故障指示器分布挂装在电力传输网络上需要监测位置（如：各分支处，各事故多发事段等）。故障信息经过移动运行商提供成熟GPRS网络传送到监控中心，只要有GPRS/GSM信号地方，就能实现可靠通信。系统集故障监测、负荷电流监测、温湿度监测等于一体，在线路出现短路故障、接地故障、断电、送电等情况下，将采集特征数据传送到监测中心，监测中心发信息给维护值班人员手机，使管理员不在办公室也能监控到线路运行情况，完全做到线路情况实时监控，不受管理员上下班影响，同时在计算机上显示故障位置，含有操作界面简单、友好等特点。无源故障定位系统2.1无源故障定位系统组成图2-1系统总体结构图无源故障定位系统包含三部分：故障指示器每组3只（A，B，C三相），安装于架空或电缆传输线路上，对传输线短路、接地故障状态进行实时检测。当指示器发觉线路有接地或短路故障时，把故障状态传送给对应IPU。通讯转发站每个杆塔安装1台，最多能够搭载10组（30只）指示器通信，且互不影响。信息处理单元（IPU）搜集分布在周围一组或几组指示器发送故障状态，经过GPRS远传到主站系统（FIS3000）。主站监控系统数据处理及转发系统接收线路上全部IPU信息数据，得到线路上全部指示器状态，数据处理系统（FIS3000）监视整个电力系统，对收到信息进行分析处理，形成故障状态信息。变电站1=1\*Arabic123456定位543变电站1=1\*Arabic123456定位54321图2-2无源故障定位系统原理图短路故障检测技术原理过流原理和负荷电流自适应智能突变原理相结合来判定故障，能够有效提升检测正确度和可靠性。依据短路故障特征，提供信号已经量化、可在线调整参数速断/过流和自适应负荷电流过流突变两种短路故障检测方法，同时上报短路故障电流、负荷电流和线路对地电场，使得短路故障检测更正确、更灵活，以下图所表示：图2-3短路故障检测技术原理2、接地故障检测技术原理传统检测技术：（1）零序电流法只适合于中性点直接接地和无消弧线圈系统，即大电流接地系统，而中国中性点大部分为消弧线圈接地方法，即小电流接地系统，造成零序电流法是不正确。（2）五次谐波法单相接地故障发生后：a、系统中非线性元件（如铁磁元件等）会有大量谐波分量产生。b、放电或故障点燃弧造成大量谐波电流产生。c、因为消弧线圈存在，所以接地电流中基础不包含3次谐波和3次谐波整倍数高次谐波，这么在发生单相故障时高次谐波中5次谐波分量就较大。原理：检测线路电流5次谐波改变情况，当5次谐波忽然增大，同时系统电压下降，则判定为发生接地故障不正确原因：实际中，故障后，故障相5次谐波电流增加百分比为：46.65，几乎没有改变百分比：41.6%；反而降低百分比：11.75%，所以，实际线路中5次谐波改变极难用来正确检测单相接地故障。（3）首半波法依据接地时暂态信号特征，采样接地瞬间电容电流首半波和电压波形，比较其相位。当采样接地瞬间电容电流首半波和接地瞬间电压相位满足一定关系时，同时导线对地电压降低，则判定线路发生接地故障。原理：在发生单相接地瞬间，故障相对地电容会对接地点放电，从而产生一个放电电流脉冲，当采样接地瞬间电容电流首半波和接地瞬间电压反相。不正确原因：安装使用有方向性要求，对于环网供电，当线路倒负荷后，原来方向就错了合锐赛尔接地故障检测技术：将可变负荷法和首半波法相结合来判定接地故障，能够有效提升检测正确度和可靠性。提供信号已经量化、可在线调整参数首半波暂态接地故障检测方法，同时上报接地尖峰电流（电容放电电流）、负荷电流和线路对地电场，使得接地故障更正确、更灵活。图2-4接地故障检测技术原理3、有源故障定位系统3.1有源故障定位系统组成图3-1系统总体结构图有源故障定位系统包含四部分：故障指示器每组3只（A，B，C三相），安装于架空或电缆传输线路上，对传输线短路、接地故障状态或感受特殊信号进行实时检测，当指示器发觉线路有接地或短路故障或感受到特殊信号时，把故障状态传送给对应IPU。通讯转发站每个杆塔安装1台，最多能够搭载10组（30只）指示器通信，且互不影响。信息处理单元（IPU）搜集分布在周围一组或几组指示器发送故障状态，经过GPRS远传到主站系统（FIS3000）。3、主站监控系统数据处理及转发系统接收线路上全部IPU信息数据，得到线路上全部指示器状态，数据处理系统（FIS3000）监视整个电力系统，对收到信息进行分析处理，形成故障状态信息。4、信号源采取有源方法检测安装此设备，采取无源检测不需安装此设备。分为特殊信号注入法和不对称电流源法。3.2有源故障定位系统原理短路故障检测技术原理短路故障检测技术原理如无源故障定位系统短路故障检测技术原理一样，不在叙述。接地故障检测技术原理特殊信号注入法原理图3-2特殊信号注入法原理图先借助变电站电压互感器感受到一相电压下降，另两相电压升高，从而确定接地故障相。再利用注入式电流信号组成接地保护，此时，借助电压互感器处于空闲状态接地相，能够向线路注入一个特殊波形电流信号，因为系统发生单相接地故障时，被注入信号仅在接地相线路中流通，经过接地故障点后即可行返回，非接地故障线路中没有信号，故只要检测各线路中有没有注入信号电流，便可进行故障选线。而经过对注入信号电流和电压检测，计算变电站到接地故障点之间电抗，便可实现故障测距。假如在变电站和接地故障点之间存在分支线路，注入信号也不会进入无接地故障分支线路，依据这一特点，便可查出接地分支线路及其上故障点确切位置，从而实现故障定位功效。特殊信号特征：注入信号源。利用外加诊疗信号进行故障检测和定位，不应影响原系统正常运行及其它设备。所以，注入信号源应满足部分特殊要求，它只能向系统提供幅值较小诊疗电流，且为零序电流，只在接地故障线路中流通。为了便于检测，信号源频率必需和电力系统固有频率完全不一样，有两种不一样方法。第一个方法，是将信号源频率取在工频n次谐波和（n+1）次谐波之间（n为正整数）。理论上，n可取任意值。实际上，若n取值较小，信号源频率和工频相近，不利于从较强工频故障电流中提取较弱诊疗信号电流。若n取值较大，首先系统分部电容容抗变小，分布电容对信号电流分流增大，而部长线路上流动信号电流变小，不利于信号电流检测；其次，线路感抗XL=nωL增大，不能再忽略不计，也使故障线路上流动信号电流变小，增加了检测信号电流难度。第二种方法，是将信号源频率取为10～50倍工频频率。因为多数非线性电力负荷产生奇次谐波电流，故障期间，这些奇次谐波电流也在故障线路中流动，为便于提取诊疗信号电流，所以信号源频率取工频偶次谐波。从工频电源角度看，信号源可近似看做一理想电流源，也就相当于开路；从信号源角度看，故障回路呈低阻抗回路，即信号源向一低阻回路提供电流，该电流从变电站沿故障线路到故障点经大地返回。可见，较低电压信号源就能想故障系统提供较大零序电流，如对于低压400V系统，不到50V信号源电压就能想系统提供1～5A零序电流，分布电容影响可忽略。这种方法当不能忽略分布电容影响时，因为信号源频率较高，分布电容分流将使故障线路上诊疗信号电流变小，有可能小到无法探测。所以该种信号源在6～35kV重压配电系统中不适用。基于此，北京合锐赛尔选择第一个方法作为特殊信号源，经过试验测试，选择频率为60~80HZ电流信号。不对称电流源法原理图3-3不对称电流源法原理图当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在变电站内或线路上可变负荷柜检测到线路三相电压和零序电压改变后,首先判定出故障相，隔离开关进行盲投，接入阻性负载，根据设定时序改变线路负荷电流改变，盲投至C相时，接地点、大地、电流源、线路、变电站形成回路，电流源产生故障电流附加脉动信号，安装在线路上故障检测装置检测流过本线故障型号及特征信号，若满足设定改变规律则故障检测装置给出报警，从而指示出故障位置。

4、故障指示器4.1故障指示器分类故障指示器分类：根据检测对象分：根据是否带通信功效分：根据取电电源分：4.2故障指示器性能指标采取高性能微功耗单片机作为关键处理单元；高速A/D采样小波变换提取信号特征（有源）；将可变负荷法和首半波法相结合（无源）利用无线信号传输故障信息（跳频）；翻牌、闪灯报警指示，夜间可视距离>300米；在线取能+后备电源（锂电池、法拉电容等），使用年限>8年；自动复归时间：1~96小时（可按用户要求设定）；负荷电流：0～600A；自适应负荷过流突变量：100A或1/2平均负荷；零序电流：0~100A；速断、过流定值：0~700A，步长1A；零序定值：0~100A，步长1A；速断、过流、零序延时：0~9.99s，步长0.01s；最大短路电流：40kA；静态平均功耗：50µA/3.6V（短距离无线通信模块）；通信平均功耗：30µA/3.6V（每分钟发一次数据时）；通信方法：当地无线组网；420~440MHz，64档自动调频；通信距离：30~300m工作温度：-45ºC~70ºC；可动作次数>；防护等级：IP65；重量：≤500g；可带电安装和摘卸；适用导线直径：8mm～40mm；（绝缘线、裸导线），80~110mm（电缆线）。5、通信转发站（IPU）图5-1通信转发站结构图图5-2通信转发站实物图每个指示器和IPU全部有唯一地址，地址标在外壳显著处，用户在安装时要注意统计每个指示器和IPU安装位置和地址对应表。有这个表才能产生电子地图信息。实现故障点当地查找和显示。每个指示器全部有一个16bit地址，在一位用户在同一地域使用不超出6万只情况下，可确保每个指示有唯一地址。地址在出厂时已经分配好并标在指示器外壳上。IPU和FIS/3000通信，线路上有多个IPU。故IPU内部有一个8bit地址。地址在出厂时已经分配好并标在IPU机箱内。（1）基础功效短路、接地故障信息接收及转发；a、接收探头发射故障信息调制无线信号并进行解调b、对解调后信号进行解密计算并判定是否正确c、将故障信息以GPRS方法发送给主站系统（2）供电电源太阳能电池板取电；超级电容；蓄电池；AC220V供电；在线CT取电。（3）通信方法短距无线双向通信和GPRS混合组网形式，心跳间隔可设。（4）基础性能技术参数工作温度：-40℃～+70℃；微功耗设计，待机功耗20uA工作电源：蓄电池、太阳能、锂电池、CT取电、交流电等相对湿度：<95%；静态功耗：小于0.02W；无线收发功率：10mW；射频无线通信距离：<300m（互不干扰）；故障指示器配置个数：10组30只；无线接收距离：大于30米；防护等级：IP55；使用寿命：8-。6、信号源图6-1信号源安装现场安全性高：不对称电流源产生信号不影响变电站主变、接地变、消弧线圈及线路正常运行（相当于一个阻性负荷投入和退出），不对称电流源在系统正常运行时和一次线路完全隔离。同时因为不对称电流源产生信号是低频纯阻性，还能够消除谐振，抑制过电压，降低过电压对系统危害。正确性高：不对称电流源使故障线路上流过含有显著特征电流信号，挂在线路上指示器检测到该特殊信号后才会给出故障指示，所以该检测方法不受系统运行方法、拓扑结构、中性点接地方法影响，正确性极高。在线路上配电变压器旁边，通常选择离变电站最近公用变压器作为安装地点；平时：装置不承受高压，安全可靠；环境温度：-40℃～+70℃；海拔高度：小于1000m；相对湿度：<95%；一次额定电压：6~35kV；功耗：<20W；绝缘水平：42kV/1min；安装于变电站出口。

7、主站系统软件系统采取IE标准界面运行，监控主画面能够采取地理分布图，在地理分布图上标出每条线路，放置标注超文本链接，链接到下一级画面，能够方便地查看每条线路情况和设备信息。只要会制作主页就能生成自己想要监控画面，画面能够随意生成，方便用户应用。为用户提供了二次开发接口，降低用户对设备开发商依靠。本系统支持WinNT、Win、WINDOWSXP操作系统,分别运行前置机监控软件、数据库软件、WEBSERVER软件。系统必需确保服务器软件二十四小时运行。WEBSERVER软件关键完成WEBSERVER和主页动态刷新等，数据库软件关键把监控装置数据统计在标准数据库中。图7-1主站系统总体结构图7.1系统功效及特点◆实时监测功效：能够实时监测线路短路故障信息。

◆主动告警功效：能够主动上报线路短路告警信息和指示器电池故障、IPU电池故障、设备失效等设备故障信息，系统能够主动实时上汇报警到监控调度中心。告警信息实时统计到数据库中，可依据需要长久保留；能够提供声光告警。

◆灵活传输功效：通信方法可选，通信方法选择和系统工作无关。现在采取GPRS或短信方法上传告警故障信息和下发查询指令，可依据用户需要及用户设备情况灵活采取其它方法。如有线、载波等。

◆数据管理功效：系统配置数据、告警信息等全部存放在数据库中，便于统计分析；能够根据用户要求生成多种统计报表、图表。依据告警不一样拓扑位置和告警类型，提供数据分析功效，确定故障原因和故障位置。

◆电子地图功效：采取电子地图方法显示。

◆系统管理功效：能够对主控单元、采集设备、监控点和操作人员、系统功效等进行配置；系统日志对系统状态和人员操作做详实统计。

◆电池电压管理功效：指示器和IPU对于电池供电电压进行监测，当供电不足时上汇报警。

◆设备状态定时上报：采取节拍方法，定时上报设备状态，假如通信失败则视为设备故障。系统性能（1）主站系统容量数字量 10000模拟量10000累加量10000遥控量 1000虚拟量 10000转发量 10000监测（控）点数量254可接入工作站数>10台历史数据保留周期≥1年（2）主站系统可靠性遥测合格率＞98%遥信正确率＞99%遥控正确率＞99.99％遥调正确率＞99.99％主站系统平均无故障运行时间(MTBF)：>30000小时系统可利用率：>99%CPU负荷率：<40%网络负荷率：<30%故障信息正确率：100%因为偶发性故障而发生自动热开启平均次数应<1次/360小时。（3）主站系统实时性（GPRS通讯方法）遥测越限和遥信变位传送 ≤5秒遥信量改变传送 ≤10分钟遥测量改变传送 ≤10分钟遥控命令响应时间 ≤10秒故障定位响应时间 ≤5分钟事故推画面时间 ≤3秒调用画面响应时间 ≤2秒画面自动刷新周期 ≤5秒模拟量和数字量召唤周期 5分钟7.3系统运行（1）前置机数据采集和处理a、前置机采集接收各条线路上故障指示器状态信息，进行数据校验，将处理后数据发送到数据库服务器；b、通信信道采取GPRS网络，一直在线，确保告警信息立即传送；c、根据一定通信规约和故障指示器通信；d、各通信单元运行状态监视。（2）完善故障告警功效系统接收来自故障指示器告警信息，一旦数据校验正确，立即开启告警处理进程，将告警信息保留到数据库服务其中，同时，在用户端屏幕上弹出告警信息，发出声光报警，提醒值班人员立即处理故障。假如系统设置了短信平台，系统还会自动将告警信息发送到预先设定相关人员手机上。（3）历史告警查找功效系统提供方便历史告警查找功效，用户能够根据线路或时间对数据库进行查询，并可将查询结果转化为EXCEL表格形式，方便用户使用。（4）WEB公布功效本系统完全建立在标准B/S架构上，采取.NET技术、TCP/IP技术，软件界面采取IE标准界面，使用方便，不需要专门培训，只要会上网就会使用本系统。用户在浏览器端只要运行标准浏览器就能够工作。在任意地点，任意时间，只要能够接入互联网，拥有对应权限就能够监测系统运行情况。控制权只能在当地监控中心，确保安全运行。（5）运行日志统计功效系统自动统计多种运行信息，包含系统登录、信息发送等，方便立即了解系统运行情况。7.4系统安全管理（1）用户管理：增加或删除管理人员名单、管理权限设置等；系统根据不一样使用功效将使用人员划分为系统管理员、通常操作人员、线路维护人员、浏览用户等，针对不一样用户系统设置不一样权限，只有拥有一定权限才能进行一些特定操作。（2）操作日志：统计每个登陆人员操作事件和时间;（3）修改密码：许可登录用户修改本人密码；（4）登录注销：用户退出监控软件。7.5短信报警平台（可选）系统设置一台短信报警服务器，当系统监测到故障发生时，将自动经过短信服务器向指定人员（多人同时）发送报警信息，并统计全部报警信息。短信报警服务器依靠GSM网络来收发短信息。它使用一个10Base-T以太网接口连接网络；一个GSM模块用来收发报警短消息。这种短信平台优点有：接口：已经将多种功效AT操作内部集成，您根本不需要了解复杂AT指令；经过以太网共享，任何在同一网内计算机全部能够共享收发短信。支持TCP、UDP协议，支持Socket编程；支持多种操作系统，可用Java编程以满足多种操作系统需求，不需要额外动态链接库DLL、控件OCX等，编程简单快速。7.6系统.NET技术、IE浏览本系统是一个监控管理综合软件平台，完全建立在标准B/S构架上，采取.NET技术、TCP/IP技术、GPRS通信技术，处理来自各个现场报警信息，及多种管理信息。这些数据经过受理、分析、处理、校验等处理过程，确保报警信息立即、正确地得到统计分析，同时为维护部门提供需要统计报表等分析数据。系统采取IE浏览器访问，只要含有对应权限，在局域网上任一台计算机上全部能访问数据库中数据，