数字故障检测在线监测

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GS-ES1-8数字线路故障快速定位及负荷在线监测解决方案（国网中标产品）

 

详细介绍:

一、前言

        我国10KV城市及农村配网架空线路和电缆系统故障比较多，尤其是接地故障，由于其隐性特性， 有时很难查找。有时不得不通过拉分段开关并经过变电所试送电确定故障所在线段，对线路、设备运行 的安全性极为不利。目前利用故障指示器实现线路故障分段定位存在以下缺陷：故障指示器没有实现故 障信息上传功能，不具备故障自动定位功能，一旦线路出现故障，需要人工沿线查找，仍然增加了故障 查找难度和时间。而利用配网自动化系统能够实现故障的自动定位，但成本太大，难以推广。因此，利 用简单、成本低廉的通信手段将故障指示器所采集到的故障信息和负荷电流上传到自动化主站系统，从 而实现故障区段的自动定位和负荷电流的实时监控是十分必要的。

二、检测原理

        短路检测原理：配电线路发生相间短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障点直接的回 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实现设定的规则启动保护，使得线路跳闸断电。

因此，短路故障判据有4个条件：

（1）线路中出现突变电流  It≥300A It为突变量电流启动

（2）电流变化量不小于短路前线路电流△I≥0.5I0△I为电流变化率，I0为短路前线路电流

（3）大电流持续时间不超过3秒钟    0.02s≤△T≤3s△T为电流突变时间

（4）3秒钟后线路处于停电状态 I=0       I为线路故障后电流

以上四个条件同时满足，检测判断该位置的线路后出现短路故障。线路出现短路故障后就地翻牌发光显示，并把故障信息传送到工作主站。 

接地检测原理：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。综合以 上情况，我们的产品所使用的接地判据如下：

（1）线路中有突然增大的暂态电容电流：检测接地瞬间的暂态电容电流大于一定数值；

（2）接地线路电压降低3kV以上；

（3）检测接地电流功率方向判断；

        以上三个条件同时满足时，检测终端判断该位置的线路后出现接地 故障。线路出现接地故障后就地翻牌发光显示，并把故障信息传送到工作主站。

        负荷电流采集原理：利用单片机作为内核，利用高精度AD采样对内置互感器输出电流进行测量，通过FFT计算得到线路负荷电 流；所有测量均为数字方式，干扰少，精度高。

        架空线路故障远传原理：当线路发生短路，接地、停电和送电等运行状态变化时，通信是故障指示 器检测到变化的信号，通过短距离射频信号传输到架空通信终端，再经由通信终端通过移动无线通信模 块将信息发送到工作主站。主站电脑通过线路颜色的变化和故障区段闪烁直观显示故障所在区段，同时 弹出对话框提示报警，并以短信息的形式发送故障信息到巡检员手机。通信式故障指示器可通过翻牌发 光方式就地显示故障。

 

三、系统组成架构及配套详细介绍

3.1 系统组成

        配网故障定位及负荷监测系统包括：架空二遥故障指示器、架空故障指示器通信终端（以下简称架空通信终端）、主站软硬件系统等。

3.2 系统架构

3.3 对应装置的详细介绍

        配网故障定位及负荷监测系统是一套具有远程传输能力的可分布监控、集中管理、即时通知型的智能化故障及负荷管理系

统。它融合了线路故障检测、通信传输技术，将信息发到主站系统和手机上，使线路故障点的定位变得更加快捷。   

        架空二遥故障指示器挂装于架空线路上，主要由检测电路、分析算法电路、触发电路、无线传输电路模块、电源电路等构成。作用是将检测到的送电、停电、接地、短路及负荷电流信息通过短距离无线射频模块传输到架空通信终端。故障指示器三只为一组。利用专用安装工具，可直接带电安装和拆卸。

        故障指示器正常情况下处于休眠状态，当线路状态发生变化时，通过故障检测电路检测到送电，停电，短路和接地信息时触发电路将单片机唤醒，单片机被唤醒后采集状态数据信息进行处理，确定为线路状态发生变化后，启动无线射频发射模块，频率调制器将信息以数据包的形式安全准确的发送出去，信号传输终端的无线射频收发模块的带解调的接收器将收到数据进行解调后返回一个“收到”信号，故障指示器接收到这个信号后，恢复到休眠状态。

        内置定时器每15分钟唤醒一次单片机，采集线路负荷电流发送到通信终端。在收到肯定确认后，转入休眠状态。

        二遥故障指示器采用太阳能和充电锂电池双重供电模式。正常工作时装置采用太阳能供电，并且对锂电池进行充电。只有在阴雨天或太阳光照不足的情况下才启动充电锂电池供电。

        架空通信终端主要由单片机系统、GSM/GPRS模块、无线射频通信模块和太阳能供电装置构成。该装置安装于距通信故障指示器小于100米的电杆上,直接利用抱箍固定。作用是接收故障指示器发送过来的信号，并通过GSM/GPRS将信息发送到工作主站。

        通信终端尺寸高× 宽×深=300×200×120mm

        每台信号架空通信终端在100米范围内可以配套多组通信故障指示器。

        架空终端采用太阳能供电模式。在晴朗的白天。太阳能电池板为其提供充足电量，同时对蓄电池充电。在夜晚和阴天时，信号传输终端是由蓄电池进行供电。

        太阳能供电是利用无数个串起来的感光电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。它是对光有响应并能将光能转换成电力的器件，选用产生光伏高效应的多晶硅材料。它的发电原理是P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，然后直接连接终端内的蓄电池，直接为蓄电池充电。

        产品选用的433M无线射频通信模块同时具有收发功能。它是由一个完全集成的频率调制器，一个带解调的接收器，一个晶体振荡器和一个调节器组成。

 

四、系统技术参数及功能特点

4.1 架空二遥故障指示器技术参数和功能特点

4.1.1 二遥故障指示器技术参数

■线路电压：10kV

■绝缘耐压：125kV

■短耐受电流能力：31.5kA/2s

■适应环境温度：-30℃~70℃

■翻牌/闪光夜间可视距离：≥300m

■翻牌显示可动作次数：无限次（太阳能取电）

■连续闪光时间：≥5000小时

■闪光时间间隔：≤5s

■无线通信距离：≤100m

■重量：≤550g

■抗风能力：风力150km/h不可松脱

4.1.2 二遥故障指示器功能

■识别故障：具有识别短路、接地故障的功能；

■负荷检测：监测线路负荷电流功能； tc "识别故障 具有识别短路故障的功能，无需设定动作值

■显示方式：翻牌显示或发光显示360°范围内均可观察，翻牌方式时，显示牌采用夜视反光技术；

■自动复位：故障指示器探头具有延时自动复位或（和）遥控复位的功能，自动复位时间可由用户指定或出厂前设定；故障发生时自动开始计时，返回时间误差不大于±20%；

■抑制涌流：杜绝合闸励磁涌流引起的误动现象；

■在线运行：直接安装在电力线上；

■防锈耐蚀：结构零件采用防锈防蚀材料；

■带电装卸：可带电安装和摘卸，装卸过程不发生误报警。

■信号远传：内置无线通信模块，可将动作信号远传至架空通信终端；

■防护等级：IP68；

4.1.3 二遥故障指示器结构特点

■塑料外壳表面无明显的划痕、缺陷、变形、变色等现象；

■环氧灌封面无缺陷、溢流等现象；

■采用防紫外线外壳材料，可长期户外运行；

■显示窗内应无异物，可旋转部分颜色均匀、不褪色且转动灵活；

■金属部件表面涂层无起泡、龟裂、脱落，，金属零件无锈蚀及其他机械损伤，紧固件紧固无松动；

■指示器卡线结构采用抗锈蚀材料，根据安装场合不同，适用的导线范围符合表1的规定。

表1 指示器卡线结构适用范围

序号	安装场合	适用导线或母排的规格
1	裸导线	钢芯铝绞线16-300MM 2
2	绝缘导线	最大直径41MM

4.2 架空通信终端技术参数和功能特点

4.2.1 通信终端技术参数

■每台通信终端可以接入多组故障指示器

■工作电源

√配置太阳能电池板为蓄电池充电

√太阳能电池标称功率：10W

√太阳能电池工作电压：18V

√蓄电池使用寿命：大于5年

√静态功耗：不大于0.6W

■通信

√通信方式：GSM、以太网、串口、无线公网等

√通信规约：IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104或CDT等

■适应环境

√环境温度：-30℃~70℃；最大日温差25℃

√海拔高度：小于2000m

√环境湿度：5%~100%

√抗震能力：地面水平加速度0.3g，地面垂直加速度0.15g

■防护等级：IP54

4.2.2 通信终端功能

■无线接收：接收无线发射探头发回的故障点号信息

■信息发送：向中心站发送故障信息，可采用短消息、GPRS及RS232等通信方式

■后备电源：配置太阳能电池板，用以给蓄电池充电。在失去主电源情况，后备电源无缝接入，保证终端正常工作

4.2.3 通信终端结构特点

■重量(含太阳能电池板)：7kg

■安装方式：安装在架空线杆塔上

■防锈耐蚀：结构零件采用防锈防蚀材料

 

五、安装

5.1编码说明

        每只故障指示器都粘贴有一个代码，详细注明了故障指示器通信的编码、所安装的相位（A、B、C）。比如：A1234567，代码中的“A”指的是该故障指示器必须安装在A相架空线上；代码中的“1234567”指的是该故障指示器自身的编码。安装时，必须详细记录此代码。

        每台通信终端都有一个代码，代表此通信终端的终端地址，现场需要设置参数时，需要用无线射频工具通过此地址对终端进行设置。安装时，必须详细记录此代码。

5.2安装前的检验

        安装前一定要确认二遥故障指示器是否在正常状态（没有翻牌显示、偶尔发光属于正常现象）。如果发现有不复位（翻牌显示）的故障指示器请务必将该故障指示器的代码信息反馈给生产厂家，并在安装过程中详细记录安装点信息。以便于厂家及时更换。

        安装前打开通信终端工作电源，确保电源指示灯闪烁才属于正常现象。如果发现有通信终端异常，请务必将该通信终端的代码信息反馈给生产厂家，并在安装过程中详细记录安装点信息，以便于厂家及时更换；

5.3二遥故障指示器的安装和拆卸

5.3.1 结构说明

 

               二遥故障指示器                         二遥故障指示器安装托架

5.3.2二遥故障指示器的带电安装

        打开包装箱，每只指示器和通信终端上都有对应的代码编号，分别安装在不同的地点。请按包装指示和本安装说明逐点安装。

具体安装过程如下：

        将托架通过接头螺栓紧固在绝缘操作竿上。两侧横销同时横向向外拉，使两侧挡板自动向上弹起，用手拧紧顶丝，使顶丝顶到底板下方的横杆上，确保底板在最上端位置固定。

 

        将压簧用手搬起，向箭头所指的方搬至塑料弹片的槽中即可。用同样的方法把另一边压簧勾住。

        将带有指示器的托架举起，对准电线向上推，在压簧夹住电线后，拿走带有托架的操作竿，安装完毕。

  

严禁在安装过程中设备底部站人，以免指示器脱落砸伤人员。

特别注意:如果需要生产厂家更换故障指示器，请详细记录拆卸的指示器代码和所安装的地点。

 

5.3.3二遥故障指示器的带电拆卸

        将托架通过接头螺栓夹在绝缘操作竿上。两侧横销同时横向向外拉，使两侧挡板自动向上弹起，用手将顶丝拧松至根部，确保外拉横销没有弹出。举起装有工具的绝缘杆对准线路上的指示器向上顶，横销自动向弹出，然后向下拉，故障指示器即可拆卸。

   

5.4通信终端的安装

        通信终端：安装在和故障指示器相同或相邻的电杆上，直接利用抱箍固定，距离故障指示器小于100米。

        通信终端主要指太阳能控制箱。打开包装箱，每个太阳能控制箱都有不同的代码编号，必须按本说明提示的信息安装。

具体安装过程如下：

        打开通信终端，打开电源开关，电源控制器指示灯亮、太阳能板指示灯和负载指示灯正常亮，终端正常，关上终端并锁好。取下连接太阳能板支架板上的螺丝，固定好太阳能板

    

        拆掉抱箍上螺杆的螺母，将抱箍套在电杆上，并把通信终端通过螺杆与抱箍稍紧连接（抱箍可以在电杆上相对转动），将终端转动到让太阳能板对着正南偏西10度方向（旋转角允许偏差正负10度），然后拧紧连接抱箍与终端的螺丝。必须确认已经连接牢固。

严禁在安装过程中设备底部站人，以免设备脱落砸伤人员。

特别注意:如果需要生产厂家更换通信终端，请详细记录拆卸的通信终端代码和所安装的地点。