电缆线路故障在线监测系统技术规范书

技术协议配电电缆线路故障定位及在线监测系统技术规范书批准：审核：拟制：总 则1本“规范书”明确了某城区供电公司10kV配电电缆线路故障定位及在线监测系统的技术规范。2本“技术规范书”与商务合同具有同等的法律效力。1.1 系统概述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。电缆线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于10kV电缆系统，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测电缆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电缆线路上各监测点的电流、电缆头温度、电缆头对地电压（局部放电）的变化情况，在线路出现短路、接地、过温等故障以后给出声光和短信报警，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、首半波尖峰突变电流、线路对地电压（局部放电）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、远程无线抄表和无功补偿柜电容投切等功能。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。1.2 总体要求1.2.1 当电缆线路正常运行时：系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、零序电流、电缆头温度、线路对地电压（局部放电）等线路运行信息和开口CT取电电压、后备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 当电缆线路发生故障时：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、短路动作电流、首半波尖峰突变电流、接地动作电流、线路对地电压（局部放电）、电缆头温度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 电缆线路的现场设备采用开口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）可以在电脑上查询，也可以在手机上获悉故障定位信息，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（电缆头）的运行温度。1.3 供货清单本期工程试点线路为宾招线和车站线两条主干手拉手环网线路，其中宾招线有2个开闭所（环网柜）、7个分支箱，车站线有1个开闭所（环网柜）、7个分支箱。1.3.1 宾招线设备配置方案站号开闭所（分支箱）线路数量设备名称数量11#开闭所5LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置2LPK2-C数字故障指示器15LPK2-E数字故障指示器522#开闭所5LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置2LPK2-C数字故障指示器15LPK2-E数字故障指示器53统计宾招高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器34锦江高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器35金刚山宾馆高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器36金叶高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器37干部学院高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器38环保高分箱2LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器6LPK2-E数字故障指示器29乐达康高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器31.3.2 车站线设备配置方案站号开闭所（分支箱）线路数量设备名称数量11#开闭所4LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置2LPK2-C数字故障指示器12LPK2-E数字故障指示器42统计车站高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器33农发行高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置2LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器34笔架山大酒店高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器35环山高分箱4LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器12LPK2-E数字故障指示器46天乐府高分箱4LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器12LPK2-E数字故障指示器47景园高分箱3LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器9LPK2-E数字故障指示器38体育场高分箱4LPK-DCU0远程通讯终端1LPK2-P CT取电装置1LPK2-C数字故障指示器12LPK2-E数字故障指示器41.3.3 一期工程设备配置方案电缆线路故障定位及在线监测（控）系统设备配置清单设备名称型号数量主站系统主站软件（SCADA/FA-WEB）LPK-10001套主站硬件（DELL 380MT）主站短信猫（LPK-CM310）UPS不间断电源(1kVA/2h)在线监测单元“四遥”数字故障指示器LPK2-C174只LPK2-E58只远程通讯终端数据采集器LPK-DCU017台CT取电装置LPK2-P20套GPRS通讯SIM卡中国移动（包月20M流量）工业卡17SMS通讯SIM卡中国移动（包年200条短信）工业卡1主站静态IP或动态域名供电公司服务器对外IP地址或电话线ADSL1DCU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台电缆型数据采集器标配330只电缆型“四遥”数字故障指示器。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讯距离（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讯距离（半径）为60100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（IEC60870-5-104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以上的突变电流，或者超过设定的短路故障检测参数（标准的速断、过流定值）（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对于三相电缆线路，主要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”暂态零序突变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。同时，安装在单相上的电缆型数字故障指示器还提供基于首半波原理的单相接地故障判据，其前提是要求从电缆头表面引电压感应导线到数字故障指示器上，指示器提供电压引线接口。其单相接地判据如下：（1）电缆线路正常运行（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（接地电流增量定值）（3）接地电缆出线接地相电压降低，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）接地电缆线路依然处于供电（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。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单相电缆，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接地尖峰突变电流、电缆头对地电压（需安装电压引线），以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。对于三相电缆，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暂态零序电流，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。1.5.5 电缆头局部放电监测电缆型“四遥”数字故障指示器带电压引线接口，根据需要可以引出电压线，并固定到电缆头上，可以实现以下三个功能：1、实时检测电缆头是否带电，并测出电缆头对地电压值的大小；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电缆头对地电压的变化趋势，可以判断电缆头是否有绝缘破坏和局部放电现象。1.5.6 电缆头温度监测【可选功能】采用高性能的温度探头等电位安装以监测电缆头表面的温度。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。为了测电缆头的温度，电缆型“四遥”数字故障指示器还可以引出带高温屏蔽线的温度探头，用高温扎带将温度探头捆扎在电缆头上即可。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 电缆设备开关位置监测【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，接入电缆一遥或二遥DTU【GPRS通信终端】即可。带遥信采集功能的单台DTU最大可接入32路开关遥信量，有16路、24路、32路三种选择。电缆一遥或二遥DTU通过RS485通信总线扩展可以接入更多的开关遥信量输入。1.6 主站系统主站系统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（可选）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 运行状况WEB浏览（可选）u 故障通知和故障信息WEB浏览（可选）u 运行数据和故障信息通过WEB历史查询（可选）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）1.6.1 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通讯方式）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10kV配电线路，通过短距离无线跳频通讯方式，实时采集附近60米范围内安装的330只数字故障指示器的运行数据和故障信息（、负荷电流、短路动作电流、首半波尖峰突变电流、接地动作电流、短路故障动作标志、接地故障动作标志、稳态零序电流、暂态零序电流等）、电缆头对地电压（局部放电）以及数据采集器本身的运行状态（开口CT取电电压、电池电压等），然后将打包数据通过GPRS通讯方式发送到远程主站系统进行分析和处理。不带开关遥控的电缆型数据采集器LPK-DCU0基本配置：40VA开口CT取电装置； 10Ah/3.7V锂电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边60米范围内330只LPK2-C（带电缆头测温功能的型号为LPK2-TC）、LPK2-E电缆型“四遥”数字故障指示器,相当于同时实现多达10条电缆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，采用开口CT取电，带后备电池，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复归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40VA开口CT取电装置u 电池：标配10Ah/3.7V锂电池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每分钟发送一次数据时）u 遥测：负荷电流精度为2%（100A额定电流时）或者2A（电流小于20A时）；零序电流精度为2%（50A额定电流时）或者1A（电流小于10A时）；电缆头对地电压线性度优于5%；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130只数字故障和数据采集器本身的参数u 通信频率（短距离无线）：420440MHz（出厂设定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），30100米通信距离可调（灌胶以后、双向通信，11dbm，）u 带数字故障指示器数量：330只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）：150mm110mm60m（LPK-DCU0）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雷击浪涌（开口CT取电时）1.8 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、接地故障并给出闪灯指示，可采集【或捕捉】到线路负荷电流、暂态接地电流、首半波接地动作电流、稳态零序电流、暂态零序电流等实时数据和故障信息。同时具备故障定位及在线监测（控）