输电线路分布式故障精确定位系统技术说明书-电力技术开发有限公司.doc

GJ-TEL3000输电线路分布式故障精确定位系统技术说明书 V2.3输电线路分布式故障精确定位系统输电线路分布式故障精确定位系统技术说明书关 键 词：输电线路在线监测行波测距故障定位资料版本：V2.3版本发布日期修订说明V1.02015.1.13初始发布V1.12015.1.18增加电缆型信号检测终端V2.02015.5.23增加直流线路信号检测终端V2.12015.5.29对部分装置技术参数进行了校正V2.22015.6.23对部分装置技术参数进行了修正V2.32015.8.17增加现场安装图输电线路分布式故障精确定位系统前言前 言内容介绍输电线路分布式故障精确定位系统 技术说明书介绍了输电线路分布式故障精确定位系统的特点、应用、结构及技术规格等。本文分5章和附录：l 概述：简要介绍了输电线路故障精确定位的实际需求，以及解决方案。l 系统概述：介绍了系统的总体功能和基本工作原理。l 系统结构：介绍了输电线路分布式故障精确定位系统的系统结构，以及构成系统和各子系统的软硬件产品配置及功能。l 配置方案：详细介绍了输电线路故障精确定位的系统针对不同线路结构的配置应用方案。l 主要设备技术参数：介绍了输电线路分布式故障精确定位系统中各终端设备、主站软件系统的功能和技术参数。l 附录 - 附录A：列出了本文档中所出现的英文缩略语，并给出其英文全称和中文解释，方便读者查阅。附录B：列出了系统配置清单和设备选型,以供用户进行系统配置和工程预算使用。读者对象本书适合下列人员阅读：l 工程技术人员l 物资采购人员各类标志本书还采用各种醒目标志来表示在操作过程中应该特别注意的地方，这些标志的意义如下，正文中的各类警告、提示、说明等的内容一律采用楷体，并在内容前后加横线与正文分开如下：说明：说明、提示、窍门、思考：对操作内容的描述进行必要的补充和说明。注意：小心、注意、警告、危险：提醒操作中应注意的事项。输电线路分布式故障精确定位系统目录目录第 1 章前言错误！未定义书签。1.1电网的发展及需求11.2解决方案1第 2 章系统概述12.1系统功能和应用范围12.2基本工作原理1第 3 章系统结构43.1系统构成43.2通信规约53.3信号检测终端配置与功能53.3.1信号检测终端的配置选型53.3.2信号检测终端主要功能63.4主站系统结构和功能73.4.1主站系统结构73.4.2主站系统主要功能8第 4 章配置方案124.1架空线路单线配置方案124.2电缆线路单线配置方案134.3架空和电缆混合线路配置方案134.4架空 T 接配置方案134.5电缆线路分支箱配置方案14第 5 章技术参数155.1技术标准155.2信号检测终端技术参数165.2.1基本参数165.2.2主要技术参数165.3主站系统设备技术参数16附录 A： 缩略语18附录 B： 系统配置选型表19输电线路分布式故障精确定位系统第 1 章 概述第 1 章 概 述1.1 电网的发展及需求近几年来，随着电网结构的发展和完善，电力线路的建设迅猛发展。由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性：杆塔点多、面广、线长、线路走廊环境复杂、终年暴露在野外等因素，除了要遭受恶劣自然天气的侵袭外，人为因素的外力破坏所引起的线路跳闸、线路被迫停电事故的概率也呈上升趋势。因此如何及时发现线路故障，准确定位故障定位置，降低人工故障排查难度和成本，缩短故障查找时间，提高供电安全性和可靠性，已成为线路管理和维护单位急需解决的问题。1.2解决方案随着计算机、通信和传感器等技术的快速发展，国内外科研机构、企业已经在输电线路故障定位技术方面进行了大量的研究和实践，例如：输电线路故障指示器、变电站行波测距装置、变电站阻抗测距仪等等。其中，输电线路故障指示器仅能自动定位故障区段，无法有效确定故障点的精确位置，故障定位准确性取决于故障指示器的安装密度，其准确度和实用性难以满足输电线路维护的要求。而对于变电站阻抗测距和行波测距方法的装置与系统，尽管从原理上可以准确定位故障点位置，但其实际应用中，弱行波信号的有效提取、故障点反射波与对端母线反射波的有效识别和雷电干扰的有效辨识和定位等问题很大程度影响了其定位准确性和效果。为解决上述问题，我们研究了故障电流行波在输电线路上的传播特性，提出全新的分布式故障测距方法，就分布式故障测距方法中的折反射信号的识别、行波信号奇异点确定、雷击干扰的辨识和定位、GPS/北斗定位与授时、太阳能和感应取电、强电磁场中的无线通信等关键问题进行深入研究，研制出新一代的输电线路故障精确定位装置及系统。该系统不仅具有故障判断准确、故障定位精度高的技术优势，并且针对各种线路情况提供了相应的硬件设备和解决方案。输电线路分布式故障精确定位系统通过分布在输电线路线上的故障监测终端，实现故障行波、折返射行波等信号的高频采样和快速录波，并通过主站后台软件系统，1输电线路分布式故障精确定位系统第 1 章 概述快速准确的分析出故障类型、定位故障点位置。同时该系统还支持 web 访问、计算机图形展示、短信提醒等多种方式，使得运行维护人员能及时获取故障发生的时间、类型和位置等相关信息，大大减轻了故障巡查工作的强度和成本、缩短了故障排查时间，在有效提高供电可靠性的同时，也极大程度的降低了因故障停电事故所带来的直接和间接经济损失。图 1-1 检测终端装置带电安装现场图2输电线路故障精确定位系统第 2 章 系统总介第 2 章 系统概述2.1 系统功能和应用范围GJ-TEL3000 系统可以应用于各种电压、不同结构的线路：1）主要功能：- 线路故障性质（如雷击，对树放电）、故障类型（如相间和单相故障）的检测和精确定位；- 故障电流检测；- 负荷电流测量；- 导线绝缘水平测量；- 导线温度测量；- 环境湿度测量；- 终端海拔、经纬度测量；- 导线弧垂测量。2）适用电压等级：- 35kV1000KV 电压等级交流输电线路；- 400kV、800kV 电压等级直流输电线路。2）适用线路结构：- 双端架空线路；- 双端电缆线路；- 架空和电缆混合线路；- T 接型线路。2.2 基本工作原理输电线路故障原因的准确辨识，对输电线路的维护，缩短线路停电时间有着重要意义。由于输电线路在发生不同性质的跳闸故障时其线路上的故障电流行波呈现出不同的电磁暂态特征，因此通过在线监测并提取输电线路故障电流的行波数据，分析其电磁暂态特征，可以达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的；同时，1输电线路故障精确定位系统第 2 章 系统总介对行波的极性进行分析判断，可得到短路故障类型。1、雷击故障与非雷击故障行波差异输电线路遭受雷击故障时流经线路的故障电流主要有两部分叠加而成，一部分雷电电流分流后直接进入线路的电流，另一部分是雷电流经杆塔入地后的反射波进入线路的电流。标准雷电流的波尾时间是 50 微秒，由于与大地反射波极性相反，两者叠加后其峰值衰减加快，尾波时间变短。因此雷击线路的故障电流的行波波尾时间小于 50微秒，实测一般在 40 微秒以内。而输电线路在遭受污秽闪络、树木闪络等闪络及外力破坏等非雷击故障后其闪络过程与交流电流的变化密切相关，电弧呈现熄灭重燃、延伸收缩的变化，相比于雷击故障其电流暂态行波频率较低，这类故障电流行波波尾时间较长，一般远大于 40 微秒。2、雷击故障与非雷击故障判断分布式输电线路分布式故障精确定位系统完整的记录了每次故障电流的暂态行波，软件系统通过分析电流暂态行波的差异确定故障是否属于雷击故障，若是雷击故障则进一步确定是绕击还是反击，并利用各现场监测终端的行波数据与反射波的 GPS或者北斗时差来确定故障点的精确位置。3、分段式故障精确定位方法通过在输电线路上布置若干个现场监测终端将输电线路划分为若干个区间（每个区段长度30km），分别监测并记录各区间的故障数据和信号。这种在线路中分散布局而非在两端变电站集中布局的监测方式，不仅对输电线路长度、导线弧垂等影响监测误差的固有参数进行了离散化监测，同时由于每个监测装置监测区段缩短可有效减少小行波波速变化以及衰减等因素对故障精确定位的影响，从而大幅提高输电线路故障定位的精度(故障定位误差300m)。1）基于 GPS/北斗的双端检测法2输电线路故障精确定位系统第 2 章 系统总介2）基于 GPS/北斗的单端检测法3输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构第 3 章 系统结构3.1 系统构成输电线路分布式故障精确定位系统由行波信号检测终端（以下简称信号检测终端）、主站系统和移动手持终端构成，如下图所示：图 2-1 系统构成示意图l 信号检测终端：信号检测终端安装在输电线路导线或杆塔上，每隔 2030km 以上安装 1 套，实时检测导线上的行波信号，并通过 GPRS 发送至主站系统。l 主站系统：- 软件系统：故障分析和定位应用软件、数据库软件、操作系统、其它应用软件；- 硬件系统：应用服务器及其外设、数据服务器、数据网络通信设备、和人机交互设备等。l 移动手持终端：- 3G 移动手持终端：智能嵌入式操作系统手持终端。4输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构3.2 通信规约信号检测装置与系统主站之间的远程通信接口采用 IEC61850、IEC104 通信规约，也能够满足接入当前主流综合自动化及调度自动化系统的需要。3.3 信号检测终端配置与功能设计和生产多种型号的信号检测终端装置以满足各类电压等级、不同线路类型的交直流输电线路的应用要求。这些信号检测终端安装在输电线路导线或杆塔上，主要实现以下故障所产生的行波信号的检测：- 雷击故障：监测、记录和上传输电线路中的雷击故障电流波形；- （非雷击故障）单相和相间故障：监测、记录和上传输电线路中的暂态电流行波波形。3.3.1 信号检测终端的配置选型信号检测终端的配置与选型如表 3-1 所示。表 3-1 信号检测终端配置选型表序号产品名称产品型号电压等级线路类型配置数量备注1KN-TFL110A35kV110k交流架空线路1 台检测 1 相导线V架空型信2KN-TFL1KA220kV1001 台检测 1 相导线号检测终交流架空线路0kV端3KN-TFL01D400kV8直流架空线路1 台检测 1 根导线00kV电缆型信35kV220k户外型电缆线1 台可最多接入 12 个考虑4号检测终KN-TFLM01罗氏线圈电流互感精度V路端器，即可检测 12 根导时 125输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构线路测量1 台可最多接入 12个考虑精度35kV220k室内型电缆线罗氏线圈电流互感5KN-TFLM02时 12V路器，即可检测 12根导路测线量3.3.2 信号检测终端主要功能l 实时监测功能 信号检测终端实时采集输电线路导线电流、海拔、经纬度，实时监测其变化情况。l 定时数据采集与上传 信号检测终端定时向通信终端上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿度等测量数据； 通信终端定时向系统主站上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿度等测量数据。l 故障信号采集与上传 信号检测终端在条件触发后，完成电流的高速采样，记录故障电流波形和电流行波波形，并上传给通信终端； 通信终端在收到信号检测终端故障波形数据后，进行数据筛选，将有效数据上传给后台主站。l 数据存储和历史数据上传 通信终端支持最多 2G Nand Flash 和 4G DDRII 存储，标准配置为 128M Nand Flash 和 2G DDRII 存储，标配可实现 10 万*12 条 SOE 事件记录和 333*12 个完整波形数据存储（每次录波波形文件为 32*12KB）； 通信终端不仅能线路故障主动上传监测数据，还能实时录波和测量，支持后台主站远程手动调取数据的功能。l 设备自检 信号检测终端可定时采集和上传感应取电电流、GPS 在线情况、电池/电容电输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构压； 信号检测终端具有电池/电容电压低、GPS 未上线、短距离无线通信信号强度低等报警及信息上传功能； 通信终端可定时采集和上传太阳能供电电流（选配）、蓄电池电压、GPS 在线情况、短距离无线通信信号强度、GPRS 接收信号强度（质量）等参数； 通信终端具有蓄电池电压低、GPS 未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS接收信号强度低（质量差）等报警及信息上传功能。 通信终端具备软硬件自检功能，可防止程序跑飞或死锁。l 本地和远程参数查询、修改与软件升级 可通过本地维护终端就地或通过系统主站与通信终端远程查询、修改信号检测终端相关参数，包括：- 定时数据采集与上传周期；- 蓄电池/超级电容电压低、GPS 未上线、短距离无线通信信号强度低等报警门限； 可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程更新综合数据处理单元的嵌入式软件，并查看和设置设备的基本参数，包括：- 终端装置设备 ID；- 远端主站系统 IP 地址、端口号；- 定时数据上传时间间隔；- 设备自动重启时间间隔；- 蓄电池电压低、GPS 未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS 接收信号强度低（质量差）等报警门限； 可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程实现通信终端的软件升级。3.4 主站系统结构和功能3.4.1 主站系统结构输电线路分布式故障精确定位系统可采用如下图所示建立完全独立的主站系统；同时也可提供相应的 SDK 开发包(Windows Server 2008)，LINUX 主站系统，以便与第三方主站系统进行集成。7电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构图 3-2 主站系统结构示意图l 信号检测终端通过 GSM/GPRS 移动蜂窝网 APN 通过安全信息平台接入局域网。l 局域网内用户可凭借相应的预设账号，采用 IE 浏览的方式访问主站系统的 Web 服务器。用户还可通过安全信息接入平台认证的智能手机或者其它移动终端，凭借相应的预设用户帐号和密码，采用 Web 浏览的方式访问主站系统。3.4.2 主站系统主要功能输电线路故障精确定位监测系统后台分析和展示功能集成于输配电在线监测系统中，不仅可以实现输电线路故障定位的分析、计算与展示，还可以接入其它远方监测终端实现多种数据的监测和展示。l 实时数据展示功能 基于 GIS 数据库和地理位置图形，展示实际线路及线路走廊，并自动更新展示线路上检测终端所采集的最新运行状态、数据和报警信息； 自动更新展示远方终端系统自身运行状态和报警信息；8输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构 根据远方终端系统自身海拔、经纬度信息，自动更新显示位置、数据库中的位置信息。l 远方终端设备参数配置和软件升级 支持通信终端、信号采集终端相关参数修改； 支持通信终端嵌入式软件升级。l 远方终端设备数据人工受控查询和采集 支持通信终端、信号采集终端相关参数查询； 支持通信终端存储卡中的历史数据调取；9输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构l 数据查询、统计和报表打印 支持多种图形方式的历史报警信息、历史测量数据的查询、统计和报表输出； 支持远方终端设备各种参数的查询和统计。l Web 访问 同一局域网内的用户，可通过账户和密码登录方式，采用 Web 访问完成实时10输电线路故障精确定位系统第 3 章 系统结构数据浏览、参数设置、数据查询、数据统计等各项功能。l 报警短信转发 可在系统主站软件中预设多个短信号码，主站软件可将分析得出的报警信息以短消息型式自动转发至装有预设号码的手机上上。11输电线路故障精确定位系统第 3 章 配置方案第 4 章 配置方案4.1 架空线路单线配置方案对于架空线路，在电源测各设一个监测点，并可在线路上灵活配置监测点位置和数量，相邻两个检测点距离不小于 5km，不高于 30km。每个监测点安装一组架空型信号检测终端，每组 3 台信号检测终端，分别安装在三相导线上。图 4-1 架空线路单线配置示意图图 4-2 架空线路 220kV 线路现场图12输电线路故障精确定位系统第 3 章 配置方案4.2 电缆线路单线配置方案对于电缆线路，在电缆线路两端各设一个监测点，两个监测点距离不小于 5km。每个监测点安装 1 台电缆型信号检测终端，电缆型信号检测终端可安装在线杆上或分支箱中。每台信号检测终端可接入 12 只罗氏线圈电流互感器，可同时同步测量 3 条电缆线路。图 4-3 电缆线路单线配置示意图4.3 架空和电缆混合线路配置方案对于架空和电缆混合线路，分别按照 4.1.1 和 4.1.2 进行配置。图 4-4 架空和电缆混合线路配置示意图4.4 架空 T 接配置方案对于架空线的 T 接线路，在干线和各分支上均分别作为单线线路按照 4.1 中的配置方案进行配置。13输电线路故障精确定位系统第 3 章 配置方案图 4-5 架空 T 接线路配置示意图4.5 电缆线路分支箱配置方案在电缆线路分支箱中，安装 1 台电缆型信号检测终端，可配置最多 12 路罗氏线圈电流互感器。图 4-6 电缆线路分支箱配置示意图14输电线路故障精确定位系统第 5 章 技术参数第 5 章技术参数5.1 技术标准表 4-1 列出了输电线路分布式故障精确定位系统所遵循的主要技术标准。表 4-1 装置遵循的技术标准和规范序号标准号标准名称1GB 1912008包装储运图示标志2GB/T 42082008外壳防护等级(IP 代码)3GB 50198民用闭路监视电视系统工程技术规范4GB 50545110kV750kV 架空输电线路设计规范5GB/T 2423.22008电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：高温6GB/T 2423.42008电工电子产品基本环境试验规程 试验 Db：交变湿热试验方法7GB/T 2423.102008电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 试验 Fc 和导则：振动(正弦)8GB/T 2423.12008电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温9GB 28942008安全标志及其使用导则10GB/T 28872000电子计算站场地通用规范11GB/T 6587.61986电子测量仪器 运输试验12GB/T 6587.71986电子测量仪器 基本安全试验13GB/T 65931996电子测量仪器质量检验规则14GB/T 114631989电子测量仪器可靠性试验15GB/T 144361993工业产品保证文件 总则16GB/T 15844.11995移动通信调频无线电话机通用技术条件17GB/T 166111996数传电台通用规范18GB/T 16927.12006高电压试验技术第一部分：一般试验要求19GB/T 17626.22006试验和测量技术 静电放电抗扰度试验20GB/T 17626.32006试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验21GB/T 17626.82006试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验22GB/T 17626.91998试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验23YD/T 7992010通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法24YD/T 10281999800MHz CDMA 数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：移动台部分25YD/T 12142006900/1800MHz KNMA 数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务(GPRS)设备技术规范：移动台26DL/T 7412010架空送电线路运行规程27DL/T 50921999110kV500kV 架空送电线路设计技术规程28Q/GDW 2452008架空输电线路在线监测系统通用技术条件29GB/T 34822008电子设备雷击试验方法30GB/T 6587.81986电子测量仪器 电源频率与电压试验31GB/T 15844.11995移动通信调频无线电话机通用技术条件32GB/T 166111996数传电台通用规范33GA/T 702004安全防范工程费用概预算编制办34GA/T 751994安全防范工程程序与要求35GA/T 3672001视频安防监控系统技术要求36YD/T 7992010通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法15输电线路故障精确定位系统第 5 章 技术参数5.2 信号检测终端技术参数5.2.1 基本参数1) 工作环境(户外)l 环境温度：-40+75；l 相对湿度：5RH100RH；l 大气压力：550hPa1060hPa；2) 使用寿命：8 年；5.2.2 主要技术参数1）同步采样通道数量：12 路，考虑精度时 12 路测量；2）电流采样频率：800KHz；3）电流录波：100ms 内连续采集不少于 10 个行波；4) 数据存储容量：Flash ROM 128M；DDRII 2G；5 ) GPS 时钟精度：绝对误差30ns，一致性误差10ns；6) 数据上传方式：GPRS、RS232、Ethernet(JR45)；7) 数据定时上传时间间隔：560min（可设），步进：5min，推荐：30min；8) 工作电源：太阳能供电（选配）+感应取电+法拉电容+可充电锂电池；9）太阳能板功率（选配）：4W/12V；10）感应取电功率：5W15W （负荷电流 30A 以上）；11) 适用线路电压：交流 35kV1000kV；直流400kV800kV。具体型号详见附录 B：系统配置选型表。5.3 主站系统设备技术参数提供输电线路分布式故障精确定位系统主站供用户的远端终端系统接入，其主要设备参数如下：1) 数据通信设备l 数据通信方式：电信 VPN 专网，固定 IP；l 双向数据带宽：10M 独享；16输电线路故障精确定位系统第 5 章 技术参数l 防火墙：中国电信企业防火墙。2) 服务器l 服务器型号：IBM System x3850 X5，4U 机架式；l CPU 型号：X86，Intel Xeon E7-4807；l CPU 主频：1.86GHz，1.5G2.0G 以下；l CPU 数量：4 个；l 扩展插槽：7 个 PCI Express 扩展插槽；l 内