故障指示器定位方案(温江)

1、故障定位系统技术方案 北京合锐赛尔电力科技股份公司 2015-2-9 1、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。 我国10KV配电网系统主要以中性点非接地系统（俗称小电流系统，Y/ 结构）为主， 近年以来随着电网建设速度的加快， 配电网线路结构越来越庞大， 越来越复杂， 但由于在线 路运行状态监测

2、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的需求，严重影 响了供电质量。 虽然各供电公司配电线路大量采用故障指示器来解决故障寻址的问题，客观 上在一定程度上提高了查找故障的效率， 但目前国内外所有故障指示器均存在致命缺陷： 无 法可靠、准确地检测单相接地故障线路。 所以，故障指示器仅仅是解决了部分问题，没有解 决广大供电公司迫切需要的单相接地故障检测功能。 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有限公司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的技术能力和丰富的现场运行经验，为客户提供从主站系

3、统到配电终端 设备、一次设备、 通信网络设备等全方位的解决方案及装置， 尤其是我公司根本性地解决了 单相接地故障接地选线以及故障定位问题， 在国内第一次成功解决了单相接地故障的检测技 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，我公司系统的型号分别为： FIS2000 故障定位系统和 FIS3000 故障定位系统。系统故障监测采用成熟的故障指示器，包 括架空线路和电缆等多种类型。 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 的位置 （如： 各分支处， 各事故多发事段等） 。故障信息通过移动运营商提供的成熟的 GPRS 网络传送到监控中心，只要有 GPRS/GSM

4、信号的地方，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， 将采集的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的运行情况， 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，具有操作界面简单、友好等特点。 2、无源故障定位系统 2.1无源故障定位系统构成 图2-1系统总体结构图 无源故障定位系统包括三部分： 1、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，对传输线的短路、 接地故障状态进行实时检测。当指示器发现线

5、路有接地或短路故障时，把故障状态 传送给对应的IPU。 2、通讯转发站 每个杆塔安装1台，最多可以搭载10组（30只）指示器的通信，且互不影响。 信息处理单元（IPU ）收集分布在附近的一组或几组指示器发送的的故障状态，通 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所有IPU的信息数据，得到线路上所有指示器 的状态，数据处理系统（FIS3000）监视的整个电力系统，对收到的信息进行分析 处理，形成故障状态信息。 2.2无源故障定位技术原理 图2-2无源故障定位系统原理图 1、短路故障检测技术原理 过流原理与负荷电流自适应智能突变原理相结合来判断

6、故障，可以有效的提 高检测准确度和可靠性。 根据短路故障的特征，提供信号已经量化的、可在线调整参数的速断/过流和 自适应负荷电流的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准确、更灵活，如下图所示: 兀一负荷电流 IP 片一故障电100A： 300A： 400A： 500A等 T 一充电时河事30S 4一故障持续时何MO. 02S 耳一停电时间30. 3S _T(S) 200A j 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的系统，即大电流接地系统，而我国

7、中 性点大部分为消弧线圈接地方式，即小电流接地系统，导致零序电流法是不准确 的。 （ 2）五次谐波法 单相接地故障发生后： a、系统中的非线性元件（如铁磁元件等）会有大量谐波分量产生。 b、放电或故障点燃弧导致大量谐波电流产生。 c、 由于消弧线圈的存在， 所以接地电流中基本不包含 3次谐波与3次谐波的整 倍数的高次谐波，这样在发生单相故障时高次谐波中 5 次谐波分量就较 大。 原理：检测线路电流的 5 次谐波的变化情况，当 5次谐波突然增大，同时系 统电压下降，则判断为发生接地故障 不准确原因： 实际中，故障后，故障相 5 次谐波电流增加的比例为： 46.65 ， 几乎没有变化的比例： 41

8、.6%；反而减少的比例： 11.75%，因此，实际线 路中 5 次谐波的变化很难用来准确的检测单相接地故障。 （ 3）首半波法 根据接地时暂态信号特征， 采样接地瞬间的电容电流首半波与电压波形， 比较其相位。当采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压相位满足 一定关系时，同时导线对地电压降低，则判断线路发生接地故障。 原理： 在发生单相接地的瞬间，故障相的对地电容会对接地点放电，从而产 生一个放电的电流脉冲，当采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电 压反相。 不准确原因： 安装使用有方向性要求，对于环网供电，当线路倒负荷后，原 来的方向就错了 合锐赛尔接地故障检测技术： 将可变负荷法与

9、首半波法相结合来判断接地故障， 可以有效的提高检测准 确度和可靠性。 提供信号已经量化的、可在线调整参数的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 地故障更准确、更灵活。 AU 1|_一负枸电谎鼻I R-首単It尖峪业流夷变重事3加 U艺一按地相电拯卜降比例鼻刘 “一充竈时何却岳 t2也隔持纯时阿dl哄 I ( A ) % T(S) 图2-4接地故障检测技术原理 q-接地相电爪持续下降和不停电时间 360S 3、有源故障定位系统 3.1有源故障定位系统构成 图3-1系统总体结构图 有源故障定位系统包括四部分： 1、故障指示器 每组3只（

10、A，B，C三相），安装于架空或电缆传输线路上，对传输线的短路、 接地故障状态或感受的特殊信号进行实时检测，当指示器发现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的IPU。 2、通讯转发站 每个杆塔安装1台，最多可以搭载10组（30只）指示器的通信，且互不影响。 信息处理单元（IPU ）收集分布在附近的一组或几组指示器发送的的故障状态，通 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所有IPU的信息数据，得到线路上所有指示器 的状态，数据处理系统（FIS3000）监视的整个电力系统，对收到的信息进行分析 处理，形成故障状态信息。

11、 4、信号源 采用有源方式检测安装此设备，采用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 1、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 阐述。 2、接地故障检测技术原理 特殊信号注入法原理 信号源 故瞳指示o正常扌旨示 图3-2特殊信号注入法原理图 先借助变电站的电压互感器感受到一相的电压下降，另两相的电压升高，从而 确定接地故障相。再利用注入式电流信号构成的接地保护，此时，借助电压互感器 处于空闲状态的接地相，可以向线路注入一个特殊波形的电流信号，由于系统发生 单相接地故障时，被注入信号仅在接地

12、相的线路中流通，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无注入信号电流，便可 进行故障选线。而通过对注入信号电流和电压的检测，计算变电站到接地故障点之 间的电抗，便可实现故障测距。如果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的分支线路，根据这一特点，便可查出接地分支线路 及其上的故障点确切位置，从而实现故障定位功能。 特殊信号特征：注入信号源。 利用外加诊断信号进行故障检测和定位，不应影响原系统的正常运行及其它设 备。因此，注入信号源应满足一些特殊要求，它只能向系统提供幅值较小的诊断电 流，且为零序电流，只在接地故障线路中流通。为

13、了便于检测，信号源的频率必须 与电力系统的固有频率完全不同，有两种不同的方式。 第一种方式，是将信号源频率取在工频n次谐波与（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，信号源频率与工频相近， 不利于从较强的工频故障电流中提取较弱的诊断信号电流。若n 取值较大，一方面 系统分部电容容抗变小，分布电容对信号电流的分流增大，而部长线路上流动的信 号电流变小，不利于信号电流的检测；另一方面，线路感抗XL=n 3 L增大，不能再 忽略不计，也使故障线路上流动的信号电流变小，增加了检测信号电流的难度。 第二种方式，是将信号源频率取为 1050倍的工频频率。由于

14、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 于提取诊断信号电流，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，较低电压的信号源就能想故障系统提供较大的零序电流，如对于 低压400V系统，不到50V的信号源电压就能想系统提供15A的零序电流，分布 电容的影响可忽略。 这种方式当不能忽略分布电容的影响时， 由于信号源频率较高， 分布电容的分流将使故障线路上的诊断信号电流变小，有可能小

15、到无法探测。所以 该种信号源在 6 35kV 的重压配电系统中不适用。 基于此，北京合锐赛尔选择第一种方式作为特殊信号源，经过试验测试，选择 频率为 6080HZ 的电流信号。 不对称电流源法原理 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的可变负荷柜 检测到线路三相电压和零序电压变化后首先判断出故障相，隔离开关进行盲投，接 入阻性负载，按照设定时序改变线路负荷电流变化，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 上的故障检测装置检测流过本线的故障型号及特征信号，若满足设定的变化规律则 故障检测装置给出报警，从而指示出故

16、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: 短路故障指示器 接地故障指示器 故障指示器 二合一故障指示器 三合一故障指示器 四合一故障指示器 六合一故障指示器 佥测短路、接地故障、带遥信、遥控翻 牌复归、远程调整参数，在线测温 八合一故障指示器 、接地故障、带遥信、遥控翻牌复 归、远程调整参数，在线测温，CT自取 电、负荷电流、线路对地电场、无线调频数 据通信 四 遥 型 故 障 指 示 器 按照检测对象分: 按照是否带通信功能分: 按照取电电源分: 故障指示器 不带通信故障指示器 带通信故障指示器 CT取电 故 障 指 示 器 AC220V供电 锂电池供电 太阳能板供电

17、 法拉电容取电 4.2故障指示器性能指标 ? 采用高性能微功耗单片机作为核心处理单元; ? 高速 A/D 采样 ? 小波变换提取信号特征（有源） ； ? 将可变负荷法与首半波法相结合（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： 196 小时（可按用户要求设定） ； ? 负荷电流： 0600A ; ? 自适应负荷的过流突变量： 100A 或 1/2 平均负荷； ? 零序电流： 0100A ； ? 速断、过流定值：0700A，步长1A ; ? 零序定值

18、： 0100A ，步长 1A； ? 速断、过流、零序延时： 09.99s,步长0.01s； ? 最大短路电流： 40kA； ? 静态平均功耗：50 MA/3.6V （短距离无线通信模块）; ? 通信平均功耗：30 MA/3.6V （每分钟发一次数据时）; ? 通信方式：本地无线组网； 420440MHz ， 64 档自动调频； ? 通信距离： 30300m ? 工作温度： -45oC70oC； ? 可动作次数 2000； ? 防护等级： IP65； ? 重量：w 500g; ? 可带电安装与摘卸； ? 适用导线直径：8 mm40mm ;（绝缘线、裸导线），80110mm （电缆线）。 5、通信

19、转发站（IPU ） A相故障 指示器 B相故障 指示器 C相故障 指示器 无线射频 收发模块 A 无线射频 收发模块 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均有唯一地址，地址标在外壳明显处，用户在安装时要注意记录每 个指示器和IPU的安装位置和地址的对应表。有这个表才能产生电子地图信息。实现故障 点的本地查找与显示。 每个指示器均有一个 16bit的地址，在一位用户在同一地区使用不超过6万只的情况 下，可保证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与FIS2000/3000通信，线路上有多个 IPU。故IPU内部有一个 8bit的地

20、址。地址 在出厂时已经分配好并标在IPU的机箱内。 （1 ）基本功能 短路、接地故障信息接收及转发； a接收探头发射的故障信息调制的无线信号并进行解调 b、对解调后的信号进行解密计算并判断是否正确 c、将故障信息以GPRS的方式发送给主站系统 （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）通信方式 短距无线双向通信和 GPRS 混合组网形式，心跳间隔可设。 （ 4）基本性能 ? 技术参数工作温度：-40C+70 C; ? 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： 9

21、5% ; ? 静态功耗：不大于 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：不小于 30 米； ? 防护等级： IP55； ? 使用寿命： 8-10 年。 6、信号源 图6-1信号源安装现场 ?安全性高： 不对称电流源产生的信号不影响变电站主变、接地变、消弧线圈及线路 的正常运行（相当于一个阻性负荷投入和退出），不对称电流源在系统 正常运行时与一次线路完全隔离。同时由于不对称电流源产生的信号是 低频纯阻性的，还可以消除谐振，抑制过电压，降低过电压对系统的危 害。 ?准确性高：

22、不对称电流源使故障线路上流过具有明显特征的电流信号，挂在线路上 的指示器检测到该特殊信号后才会给出故障指示，因此该检测方法不受 系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式的影响，准确性极高。 ?在线路上配电变压器的旁边，一般选择离变电站最近的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：-40C+70 C; ?海拔高度：小于 1000m； ?相对湿度：95 % ; ? 一次额定电压：635kV ; ?功耗：20W; ? 绝缘水平：42kV/1min ; ?安装于变电站出口。 7、主站系统 软件系统采用IE标准界面运行，监控主画面可以采用地理分布图，在地理分布图上标 出

23、每条线路，放置标注超文本链接， 链接到下一级画面， 可以方便地查看每条线路的状况和 设备的信息。只要会制作主页就能生成自己想要的监控画面，画面可以随意生成，方便用户 应用。为用户提供了二次开发的接口，降低用户对设备开发商的依赖。 本系统支持 Win NT、Win2008 WINDOWS XP操作系统,分别运行前置机监控软件、 数据库软件、WEB SERVER软件。系统必须保证服务器软件 24小时运行。WEB SERVER 软 件主要完成WEB SERVER和主页的动态刷新等，数据库软件主要把监控装置的数据记录 在标准数据库中。 主站监控后台 供电公司局域网 y(10 台 历史数据保存周期 1年

24、 2）主站系统可靠性 遥测合格率98% 遥信准确率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% 由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数应 1 次 /360 小时。 3）主站系统实时性（ GPRS 通讯方式） 遥测越限和遥信变位传送 5秒 遥信量变化传送 10分钟 遥测量变化传送 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

25、字量的召唤周期 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的故障指示器的状态信息，进行数据校验，将处理 后的数据发送到数据库服务器； b、通信信道采用 GPRS网络，始终在线，确保告警信息的及时传送； c、按照一定的通信规约与故障指示器通信； d、各通信单元运行状态的监视。 （2）完善的故障告警功能 系统接收来自故障指示器的告警信息， 一旦数据校验正确， 立即启动告警处理进程， 告警信息保存到数据库服务其中，同时， 在客户端屏幕上弹出告警信息，发出声光报警，提 示值班人员及时处理故障。 如果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 设定的相

26、关人员的手机上。 （3）历史告警查找功能 系统提供方便的历史告警查找功能，用户可以按照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，方便用户的使用。 （ 4） WEB 发布功能 本系统完全建立在标准的 B/S 架构上，采用 .NET 技术、 TCP/IP 技术，软件界 面采用 IE 标准界面，使用方便，不需要专门的培训，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可以工作。在任意的地点，任意的时间，只 要能够接入互联网，拥有相应的权限就可以监测系统的运行状况。控制权只能在本 地的监控中心，保证安全运行。 （ 5）运行日志记录功能 系统自动记录各种运

27、行信息，包括系统登录、信息发送等，以便及时了解系统 的运行状况。 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；系统按照不同的 使用功能将使用人员划分为系统管理员、一般操作人员、线路维护人员、浏览用户 等，针对不同的用户系统设置不同的权限，只有拥有一定的权限才能进行某些特定 的操作。 （ 2）操作日志：记录每个登陆人员的操作事件和时间; （ 3）修改密码：允许登录的用户修改本人密码； （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，将自动通过短信服 务器向指定的人员（多人同时）发送报警信息，并

28、记录所有的报警信息。短信报警 服务器依赖 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。 这种短信平台的优点有： 接口：已经将各种功能的 AT操作内部集成，您根本不需要了解复杂的AT指令； 通过以太网共享，任何在同一网内的计算机都可以共享收发短信。支持TCP UDP协议, 支持 Socket 编程； 支持各种操作系统，可用 Java 编程以满足各种操作系统的需求，不需要额外的动态链 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， 完全建立在标准的 B/S 构架上

29、，采用 .NET 技术、 TCP/IP 技术、 GPRS 通信技术， 处理来自各个现场的报警信息，及各种管理信息。 这些数据 通过受理、分析、处理、校验等处理过程，保证报警信息及时、正确地得到记录分析，同时 为维护部门提供需要的统计报表等分析数据。 系统采用 IE 浏览器访问，只要具有相应权限，在局域网上的任一台计算机上都能访问 数据库中的数据，查看各线路的运行状态。 7.7开放式结构，提供二次开发接口 系统采用标准数据库， 提供标准的数据库访问接口。 各种数据和运行日志被记录于标准 的数据库中，支持现有的 EXECL 办公软件直接生成相应的报表。也给局方提供标准的开发 接口，容易嵌入到现有的 MIS 系统中，组成复杂应用。如果用户会制作网页，可以按照自 己的爱好生成喜欢的界面。 7.8 系统实例 用户名： 王工 线路班 班长 手机号：EMAIL： wang 关联线賂名称： 吉三线. I A fi O 1