电网故障监测及定位地理信息系统的应用

宁波市海曙巨龙电气厂 联系电话： 4008-549-837 传真：电网故障监测及定位地理信息系统的应用 配电系统分支线多且复杂，发生短路故障时一般仅由出口断路器动作跳闸，即使在主干线上使用分段断路器，也只能隔离有限的几段，要找出具体故障位置往往还需要耗费大量人力、物力和时间。这与当前配网自动化要求极不相称。目前，故障查找在国内虽研究较多，且有各种成型产品提供，但基本上都需要人工现场查找，自动化水平很低。 电网故障监测及定位地理信息系统提供了一整套自动、高效的短路故障点检测及定位手段，故障发生后短时间内在控制中心给出 故障点位置，指导维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电。这样，可以大大提高供电可靠性，同时大大减少故障巡线人员，提高工作效率。 1 系统的组成和工作原理 电网故障监测及定位地理信息系统的理念源自于故障指示器，由故障监测探头 ( FD)、无线发射子站 ( ST)、无线中转站 (RP)、无线接收中心站 (CS)和监控中心的计算机系统等组成。 当线路上任意一处发生短路故障时，安装在短路故障电流通路上的故障监测探头动作，并将信号传送给无线发射子站。无线发射子站通过无线中转站或直接发送给无线接收中心站 。无线接收中心站可直接显示故障信息，并通过RS232 通信口，将信号传送给监控中心的计算机系统。监控中心的计算机系统中安装有 Mapinfo 地理信息系统，可将故障通路以不同的颜色在屏幕上显示出来。据此，运行维修人员可以直接前往故障点排除故障。整个系统中，故障监测探头与无线发射子站的通信距离为 10-30 m，无线发射子站与无线接收中心站、无线发射子站与无线中转站、无线中转站与无线接收中心站间的通信距离都为 5 km -10 km。 1.1 故障监测探头 故障监测探头目前使用的型号为 FI - 3A6W，主要 由故障电流检测电路、就地指示部分、数字编码及无线调制发射单元组成。当线路发生相间短路故障时，故障分支上的故障监测探头被触发，给出红色显示，同时将数字编码信号通过发射单元，以无线电波的方式发射出来。发射频率为 433 MHz，可靠通信距离为 20 m。 故障监测探头可以安装在架空线、电缆等线路上，也可以安装在开关柜的母排上。 1.2 无线发射子站 无线发射子站目前使用的型号为 FLS - ST/A，一般安装在线路分支点处，可接收两个分支共六个故障监测探头的编码信息。发射子站接收到的无线信息首先被解调、 解码，再与子站的地址组合后，编译成一个综合地址码，经过一个与地址码相对应的延时后，通过编码电路，传送给无线调制及发射单元，以无线电波的方式发射出去。发射频率为 228. 750 MHz。 发射子站的所有元件安装在一个可户外运行的铁箱中，内部还包括一个免维护的 7 Ah 铅酸蓄电池。箱体外部安装有一个太阳能电池板，用以向蓄电池充电，并在白天作为工作电源使用。在夜晚或阴雨天气时，由蓄电池供电。蓄电池在充足电后，可以维持无线发射子站连续工作 20 d。每一个无线发射子站均可以通过拨码开关设定地址码。 1.3 无线 中转站 无线中转站目前使用的型号为 FLS - RP。无线中转站的功能与无线发射子站类似，接收和发射共用一个频率。因为接收电路部分的守候电流较大，因此除使用 7 Ah 铅酸蓄电池作为后备电源外，无线中转站还备有交流电源接口。无线中转站不对收到的数据信息进行修改。 1.4 无线接收中心站 无线接收中心站目前使用的型号为 FLS - CS，功能是将无线发射子站及无线中转站传送的无线信息接收后进行解调、解码并显示。无线接收中心站需要架设高架天线，以保证有效地接收数据。解码后的数据传送至监控中心的计算机系统进 行进一步的处理。 无线接收中转站具有的接口如下。 (1)无线数据接口。这一接口与天线相连，接收无线发射子站及无线中转站发回的故障信息。 (2) RS232 通信口。这是与监控中心的通信口，用于将接收到的地址码信息传送至监控中心的计算机系统。 无线接收中心站带有液晶显示屏及操作键，可直接查询故障线路信息，在必要时也可清除内存。在接收到故障信息后，无线接收中心站还可以给出音响报警。 1.5 监控中心的计算机系统 宁波市海曙巨龙电气厂 联系电话： 4008-549-837 传真：监控中心的计算机系统由计算机、打印机和监控软件组成。由于通信主站 处于实时运行状态，可储存故障信息，在接收到任何一组故障信息后，还可以给出音响报警，因此监控中心的计算机地理信息系统可处于后台运行方式，或仅在必要时启动。这样，这个计算机系统还可兼作其他行政管理设备使用。 监控软件为 CR6000 - FLS，界面上有根据实际情况绘制的电子地理图，并在地理图上绘制相应的电力线路。调度可以根据监控软件所提供的信息清楚快速地确定故障的地理位置，及时对故障做出处理。这一系统可以大大缩短故障排除时间，进而缩短因故障造成的油井停电时间，为生产提供了良好的保障。 监控中心的 计算机系统可以将故障的位置信息文档进行打印，作为故障资料提供给线路维护人员。 2 系统的优点 简而言之，电网故障监测及定位地理信息系统具有以下优点。 (1)通信协议简单，保证了通信的稳定性。 (2)室外设备便于安装，安装位置离地面较高，可预防盗窃和蓄意破坏的发生。 (3)太阳能充电，使设备安装后免维护。 (4)软件界面友好，便于操作，并具有地图功能，可随时录入或更新电力线路，便于实现线路的拓扑分析。 (5)系统应迅速，定位准确。 3 系统在油田电网中应用的 意义 油田作为石油生产单位，为保证油井正常运行，必须快速处理故障，恢复供电。在这一要求下，电网故障监测及定位地理信息系统显示出极佳的实用性。当发生相间短路故障造成线路跳闸时，油井停电。此时如不能及时地找到故障点，将影响石油的产量。如仅靠人工寻找故障点，则将浪费大量的人力、物力。电网故障监测及定位地理信息系统可在较短的时间内准确快速地确定故障位置。 4 系统的应用和案例 电网故障监测及定位地理信息系统在胜利油田纯梁采油厂最先得以应用，具体主要应用在纯一变铁东 I、纯二变铁东，厂东、纯贾、纯 三注、纯北这六条线路上，共安装了 28 台无线发射子站。这一系统应用后，得到了较高的评价。 随着自动化水平的提高，应用后又对原有系统进行了升级，在原有的无线发射子站中增设通用分组无线业务模块，实现了在线路故障时向相关负责人的移动通信设备发送故障信息。 纯梁采油厂应用电网故障监测及定位地理信息系统后，快速处理了一些故障，现介绍如下。 4.1 故障 1 某日，铁东 I 线采油三队附近 15 号杆出现短路故障。当时，铁东 I 线出口断路器过流保护动作跳闸，动作电流 35 A。重合闸动作失败，判断为永久性故障 。线路队迅速组织人员对线路进行巡视。根据监控中心计算机系统显示， 14号杆前的故障监测探头由于大电流作用而出现动作信号，由此判断故障点位于 14 号杆与下一个故障监测探头安装点 23号杆之间。通过检查，发现 15 号杆上瓷绝缘子明显存在短路弧光烧灼痕迹，且是由于鸟类筑巢导致此次短路故障的发生。经过登杆检查，发现短路电流较大，铝导线烧灼严重且仅剩钢芯部分，部分瓷绝缘子表面电蚀严重而无法使用。 本起故障由自然界动物引发。油田地区线路由于分布面积较广，此类故障出现较为频繁。部分配电网络没有在每级杆塔都安装驱鸟装置，日 常巡视人员必须检查预防鸟类筑窝的情况。同时，应在春季和夏季加强对线路杆塔的巡视检查，避免此类故障的发生。 4.2 故障 2 某日，厂东线鸡厂附近 7 号杆出现接地故障。当时，厂东线出口变电站系统接地报警，监控中心计算机系统同时显示，厂东线故障，故障类型为单相接地，位置点位于 6 号杆分支至 9 号杆之间。组织人员按照所指示范围进行检查，很快发现 7 号杆为故障点。经过检查后确认，由于大风等恶劣天气造成树木被刮断，挂在输电线路上，造成单相接地。迅速停电并组织处理现场树木，对导线进行检查后一次送电成功。 本起 故障由线路附近树木造成，容易造成跨步电压电击事故，严重时甚至会造成周围过路群众人身伤亡。所以确定故障点后，必须尽快停电处理。 4.3 故障 3 某日，纯贾线二大队附近 51 号杆出现接地故障。当时，纯贾线出口变电站系统接地报警，监控中心计算机系统显 宁波市海曙巨龙电气厂 联系电话： 4008-549-837 传真：示 49 号杆分支后与 52 号杆分支前四档线范围内有接地故障。现场通过红外望远镜观察发现，由于 51 号杆支持绝缘子出现放电击穿，造成单相接地故障。 由于白天放电不易观察到，所以本起故障的故障点需要借助红外设备进行确认。类似的故障通常发生在潮湿的天气里，有时会出现短 时接地且很快消失，隐蔽性较大，所以日常巡视过程中需要定期对线路重要部位进行测温，并且使用红外设备进行检查。在负荷不发生突变的情况下，发现温度突然升高