故障定位系统科技项目申请书及可行性研究

1、中国南方电网有限责任公司科技项目申请书及可行性研究报告项目名称： 10kV架空线路故障定位系统研究与设计申请单位： # 起止时间： 2012年4月至12月 项目负责人： # 联系电话： 申请日期： 2012年3月 填 写 说 明一、请严格按照要求填写各项。二、专业类别根据项目所属专业种类从发电（能源）、输电、变电一次、配电一次、电力建设、系统运行、继保自动化、电网规划设计技术、通信及信息技术、计量营销、智能电网新技术、综合研究共12类技术中选择。三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求500字以内。四、项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子公

2、司及其所属基层单位等。五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。六、科技经费预算支出科目具体解释见附件1。项 目 简 表项目名称故障定位系统的研究与设计项 目负责人姓名#工作单位#性别男年龄35职称VVV项目分类1、发电（能源） 2、输电 3、变电一次 4、配电一次 5、电力建设 6、系统运行 7、继保自动化 8、电网规划设计技术 9、通信及信息技术 10、计量营销 11、智能电网新技术 P 12、综合研究 项目起止时间2012年4月至12月申请经费总额项目摘要我国335kV中低压输配电线路传输距离较远，

3、沿途地形复杂，环境和气候条件较差，再加上供电压力，造成线路故障率升高，故障排查难度大，早期研制的模拟型故障指示器只具备当地翻牌与显示功能，需要人员现场排查，故障排查效率较低，使得故障后停电时间较长。特别对于接地性故障，还需要外部信号的注入才能完成故障的检测，故障检测成功率低，因此供电质量和供电可靠性都难以得到有效保证。传统的故障定位系统虽然有故障定位功能，但都是基于点对点的无线通信技术，每组故障指示器需要一台数据采集终端，且数据采集终端一般是采用太阳能蓄电池供电，设备投入成本高，对于接地故障的判断也没有很好的解决办法。本项目研究和设计的目的是首先要继承模拟型和传统型故障指示器的优点，然后解决目

4、前短路故障和接地故障的判断以及定位所存在的困难，形成一种无线组网加配变监测终端零序电压监测为一体的全新的故障定位系统，此系统由于采用的是无线组网，不但可以迅速定位故障点，减小排查难度和查找时间，而且数据采集终端的数量也大幅减少，节约了投入成本。另外配变监测终端零序电压监测的加入为接地故障的判断和定位增加了一个强而有力的判据，是业内小电流接地故障检测与定位的一种突破。此故障定位系统所具备的优势必定会引领配电行业故障判断与定位的潮流。申请单位意见： （公章） 年 月 日总部部门、直属机构、分子公司意见：（公章） 年 月 日项目分工与计划进度安排1、项目相关单位及具体分工单 位具 体 分 工#城区供

5、电分局选择合适的线路及地点进行安装安装完成后，对故障指示器进行监测对故障指示器的报警准确率进行统计长沙威胜信息有限公司项目方案设计与开发主站软件平台的开发故障指示器及配变监测终端的生产协助设备安装与调试2、 计划进度安排任务名称开始时间完成时间主要内容及交付项项目方案设计与开发2012年4月2012年4月设计方案并讨论主站软件平台的开发2012年4月2012年4月建立主站系统故障指示器及配变监测终端的生产2012年5月2012年6月根据方案生产设备选择合适的线路及地点进行安装2012年6月2012年7月在线路上进行安装对故障指示器进行监测及报警准确率进行统计2012年7月2012年12月进行在

6、线应用项目组成人员情况序号姓 名年龄职称、职务工 作 单 位任 务 分 工145#总负责，组织协调246#组织协调3#35#具体项目负责434#选择线路点533#选择线路点635#负责安装及监控789一、 目的和意义智能配电网（Smart Distribution Automation）是智能电网(Smart Grid)中配电网部分的内容，与传统的配电网相比，要求具有更高的安全性、更高的电能质量以及故障隔离与自愈能力。随着经济的发展和人民生活水平的提高，社会对供电可靠性也提出了更高的要求，电力用户用电的依赖性越来越强，供电的可靠性及电能质量成为配电网的工作重点之一。输配电线路传输距离较远，沿途

7、地形复杂，环境和气候条件较差，再加上供电压力，造成线路故障率升高。而另一方面，线路距离长，分支多，结构复杂，又加大了故障查抄和排查难度，浪费了大量的人力和物力。因此，如何将线路故障率降到最低，并将故障排除时间减到最少，是每个电力企业普遍关注的事情，同时，这也是电力优质服务的重要内容。配网自动化是解决以上问题的一种有效手段，近年来已成为大家关注的热点，在城市配网中陆续开始试点建设。配网自动化系统的投入较高，且DTU、FTU、配电子站、通信系统、以及主站系统的维护要求也非常高，因此此类方案不适用全电网范围应用。本项目通过研究一种基于数字化故障指示器和智能配变监测终端而搭建的故障定位系统，是最为实用

8、的配网自动化的一种实施方案，具有投资造价低、运行稳定可靠和安装维护简便的特点，很好的满足了城区架空线路以及广大农村电网保障供电可靠性的要求，是解决中低压架空线路故障定位和故障排查的最佳方案，具有较大的社会和经济效益。二、 项目研究的背景在电力网络建设历程中，由于历史原因以及当时所处的实际情况，很长一段时间存在“重发轻供不管用”的状况。随着社会进步和经济发展，电力作为最普遍的能源形式，在国民经济和社会生活中发挥的作用越来越重要，电力输变的可靠性与经济性也引起了更多的关注和重视，输变电市场逐步开发和扩大，孕育出了早期的配网自动化系统和装置，其中也包括了故障定位系统和故障指示器。这里重点介绍线路故障

9、定位技术的发展历程。总的来说，故障定位系统和故障指示器的发展经历了以下3个阶段，主要体现在故障指示器的技术发展上。1、阶段一模拟式故障指示器。故障指示器，根据是否流过故障电流来进行翻牌指示，如有故障电流流过则翻牌告警，如故障电流未流过则维持正常工作状态。故障排查时，巡线人员按照线路的走向，从主分支往下查看，假如发现有相邻2个指示器分别处于告警和正常状态，那么故障点即在此区间。这一阶段的设备功能简单，故障检测可靠性不高，通信手段有限，故障定位实时性较差，无图形化主站软件支持，依靠人工巡线查找故障，运行维护工作量大，虽然价格较低，但已不能满足电网改造提出的新要求，其应用现场和市场份额已逐缩小。2、

10、阶段二数字式故障指示器在模拟式设备的基础上，结合微控制器技术和无线通信技术发展而来，数字式故障指示器以微控制器为主控单元，辅以先进的模拟-数字转换电路和声/光告警输出，同时具备本地无线通信的功能，配合远传终端或装置，可以将状态和故障信息通过远程无线公网发送到图形化的主站软件进行友好显示，故障定位迅速，便于故障隔离和排查。此类设备为当前的主流产品，得到广泛应用，并发挥了显著作用。下图为典型的阶段二故障定位系统框图，三只故障传感器安装在架空线路上。线路出现短路或接地故障时，故障指示器检测到故障，指示器动作，通过短距离无线通信系统将动作信号传送给通信终端，终端安装在线路杆塔上，接收故障指示器发送过来

11、的动作信息，并通过GSM 方式上传给上级主站系统。图1 传统型故障定位系统这类故障指示系统虽然能实现故障的检测和定位，但仍然存在缺点和不足，主要体现在以下3个方面： 每组故障指示器需要配备一台远传通信终端，设备数量众多，硬件投资成本较高； 杆上远传通信终端取电困难，一般采用太阳能蓄电池，蓄电池使用寿命约23年，需要经常更换，而太阳能板需要定期清洗，维护成本高，管理难度增大； 系统需要数量众多的远传通信终端，GPRS通信费用高，性价比极低。3、阶段三组网型故障指示器针对数字型故障指示器和定位系统的不足，我们独创性的结合多年来用电信息集抄产品开发和大规模应用过程中所积累的知识与经验，开发基于微功率

12、无线跳频组网技术和免维护后备电源技术的配网监测及故障定位系统，引导了故障指示器新的发展方向。此方案故障定位系统由3部分组成，组网型故障指示器（FCI）、全功能配电终端（TTU）和数据汇聚中心，其中FCI为核心部件。系统组成示意图如下：故障指示器安装在线路上，随线路分支而分散分布，通过CT取电，带后备电源，具备短路与接地故障监测、本地指示以及微功率无线组网与通信的功能，可将故障信息实时上报；配变监测终端安装在配电变压器的低压侧，可监测变压器的运行工况，具备微功率无线通信功能，发起故障指示器组网并进行通信管理，具备GPRS/CDMA远程无线通信信道，实现与监控中心的数据传输；监控中心运行有数据汇聚

13、模块，可进行故障数据分析和异常事件短信上报等管理应用功能。项目研究的技术关键与难点在于接地故障的判断，无线组网技术，指示器取电和低功耗的处理。数据汇聚中心需要整合配变监测终端和故障指示器的数据对接地点进行计算，然后准确定位故障点。三、 项目申请单位具备的研究基础和条件威胜信息有限公司是中国领先的能源计量设备、系统和服务供应商，于2005年12月在香港主板上市，是中国首家在境外上市的能源计量与能效管理专业集团，是湖南省首家在境外主板上市的公司。也是行业内荣获中国驰名商标，中国名牌称号的企业，公司产品广泛服务于电力、水务、燃气、热力等行业领域及大中型工商企业的智能计量产品系列：电能表、智能水表、气

14、表、超声波热量表等全系列先进计量表计；电能量数据采集终端、电能质量监测、控制装置，水、气、热数据采集终端；电能量负荷管理系统、电、水、气、热能源计量综合管理系统、远程自动化抄表系统。2010年集团实现销售逾20亿元，缴纳税收过亿元，产品目前已出口至10多个国家。威胜公司致力于配用电技术20年，拥有行业领先的技术与人才优势，为客户提供变电站、大用户及公变/专变点能量采集与管理终端近200万，集团中心实验室位于威胜科技园研发楼一楼，共占地面积约620平方米，一期总投入500万人民币。落成之后的中心实验室拥有国际知名品牌的EMC试验设备 、通信试验设备、环境试验设备。如：瑞士哈弗莱电磁兼容试验装置、

15、射频场感应传导设备（德国罗瓦茨）日本NOISEKEN高频噪声发生器、美国安捷伦网络分析仪、快速温度变化湿热试验箱（台湾），分别从瑞士、德国、日本等地引进。在中心实验室能够完成各种电子标准中规定的试验项目。四、 项目研究内容、技术路线与实施方案1、项目研究内容主要研究内容1主要技术内容1.1 故障判断 短路故障判断短路故障判断常用算法有过流速断法和电流突变判断法。电流突变判断法的优点是自动跟踪负荷电流大小，不用整定参数，其缺点是需要比较大的突变电流。过流速断法的优点是不需要突变电流，但需要整定参数。由于10kV配电线路中性点非直接接地系统电流突变不明显，很多配电线路，线路长，短路电流小，不容易检

16、测到电流突变现象，因此适合采用两段式过流保护检测故障的方法，其检测故障的可靠性和准确性更高。 接地故障判断方案一：传统方案传统故障指示器接地故障判断方案，一般由故障指示器测量接地瞬间首半波尖峰电流和线路电压测量，确定是否为接地故障并翻牌指示，同时通过通讯网络将各个监测点的首半波尖峰电流、接地动作电流、线路电压，通过智能和人工参与决策判断。这种方案的缺点是故障指示器测量的线路电压误差很大，而且受地面等环境影响，故障判断成功率较低。方案二：基于配变终端电压监测法的接地故障判断方案配变终端安装在有零电压互感器的位置，故障指示器按一定条件记录尖峰电流，当配变终端监测到零序电压大于一定值后，终端读取故障

17、指示器中记录的尖峰电流，配变终端将本身监测到的零序电压及读取到的尖峰电流上报监控中心，由监控中心定位故障位置。这种接地故障定位方案相对传统故障指示器检测接地定位方案相比，具有如下优点:l 由配变终端监测零序电压，准确可靠；l 根据测量相对准确的尖峰电流及零序电压，接地故障判断成功率相对传统方案高。但此方案每条线路需要有一台零序电压互感器，供配变终端监测零序电压。1.2 无线组网技术10kV故障定位系统基于带通讯单元的故障指示器和配变监测终端。带通讯功能故障指示器按照一定的间距安装在架空线路上的不同监测点，各监测点的故障指示器通过多级中继路由组成微功率无线网络，一旦线路发生故障，故障信息能及时通

18、过微功率无线网络传送到配变终端，配变终端通过GPRS网络将故障信息上传至定位监控中心。1.3 CT取电电源技术配电网线路负荷电流在0630A之间，短路电流可达40kA/4S，基于无线组网技术的故障定位系统，对取电CT供电能力提出了更高的要求。CT取电电源基本工作原理是，取电CT从线路获取电能量，经采样整流保护后，直流电压直接给小容量电容快速充电，快速启动系统；当系统检测到线路负荷电流达到一定值时，开启大容量法拉电容充电，法拉电容可为无线通讯或停电后系统供电；当线路负荷电流较小时，CT取电系统输出电压过低，通过电压检测电路，自动切换到后备大容量锂亚电池给系统供电。2主要技术难点2.1接地故障判断

19、10kV配电线路中性点非直接接地系统发生接地故障时，特征量小，故障定位困难。目前比较常见的方法是首半波法和信号注入法。虽然信号源注入法相对稳定，但由于设备费用高昂和安装不便而推广困难，对于负荷波动大的线路也经常误动，接地阻抗高和接地线接地不牢时可能发不出完整的信号。首半波法主要采用接地瞬间首半波尖峰电流和线路电压突变检测法，然而故障指示测量线路电压误差很大，而且受地面等环境影响，故障判断成功率较低。基于配变终端电压监测法的接地故障判断方案，只需在有零序电压互感器的台区安装一台配变终端，配变终端能准确的监测到线路电压变化，再结合故障指示器检测到的突变电流来进行故障定位，能较大的提高接地故障定位的

20、准确率，是本系统的关键技术之一。2.2微功率无线组网技术微功率无线组网技术是故障定位系统的核心技术之一，是业内首次应用。10kV架空线路的特定工作环境，给无线组网带来较多的技术难题： 10kV架空线路没有外接电源，而无线通信时功耗较大，因此低功耗设计是无线组网的难点之一；线路长且用户分散，对无线网络的路由和通信管理要求高；线路所经环境复杂，有村庄建筑、山丘等多种地形，要求无线通信可有效防止干扰和信号阻隔，实现可靠通信。2.3 CT取电技术故障指示器的钳形电流互感器同时具有测量与取电两个功能，并且通过钳形机构将故障指示器安装在线路上，钳形电流互感器的设计是故障指示器的关键技术之一，难点在于： 配

21、电网线路负荷电流动态变化范围大，正常工作范围为0630A，短路电流可达40kA/4S。而故障指示器体积、重量有限制，线路负荷电流小时，要求取电CT有一定的供电能力。线路电流大时，电流输出应限制在一定范围内，以保护设备不被损坏。另外基于微功率无线组网技术的故障定位系统，对取电CT供电能力要求更高。 故障指示器通过钳形互感器固定在线路上，钳形互感器工作在室外，需具有防潮、防锈功能，这对互感器铁芯材料提出了较高要求；2、技术研发路线基于数字式故障指示器，结合微功率无线通信技术和配变监测终端技术，设计开发适合配网应用的配网监测及故障定位系统，技术路线如下：整个系统由带通讯单元的故障指示器、配变监测终端

22、和免维护的监控中心（短信服务）组成。在10kV配电线路的合适节点安装故障指示器，用于检测故障并及时上报故障信息；在台变安装配变监测终端，与故障指示器组成微功率无线网络，故障信息通过微功率无线网络传送到配变终端，然后配变终端通过光纤（或GPRS）将故障信息传送至监控中心；监控中心根据上报的故障信息，在数分钟内可将故障定位到两节点之间，并通过手机短信通知运维人员。3、理论研究 基于配变终端电压监测法的接地故障判断理论研究； 微功率无线组网技术在故障定位系统中的理论研究；4、现场试验2012年第2季度，预计在XX局锦江变10kV 锦工线、锦民线等片区的相关线路建设现场试验基地，并进行现场实验与验收。

23、在主干线、主要分支、重点分支安装故障指示器,建设配网监测系统。实现以下主要功能： 系统主站在基于故障定位系统上，可以显示整个线路图，故障指示器在线路中的具体位置，以及相关运行参数，可实时召测到线路的电流大小。故障发生后可发出报警，显示故障位置，帮助调度员进行快速故障定位、隔离，并对故障及时处理； 配变监测终端在故障定位系统中起到故障数据信息采集与传送的作用，还可用于监测变压器的电压、电流、有功、无功、谐波、三相不平衡以及变压器油温等参数；5、理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系基于配变终端零序电压监测法的接地故障判断理论研究，可以在不影响线路运行参数的基础上能较大的提高接地故障检测及定位的

24、准确率，准确率可达80%以上，传统故障定位系统接地故障准确率在60%左右。微功率无线组网技术在故障定位系统中的理论研究与应用，能减少GPRS采集终端的数量，从而达到降低设备投资成本，降低通信费用的目标。6、外委的工作内容和工作量无外委合作内容。7、需要国际合作，要写明与外方的合作方式、知识产权和成果分享的初步方案，及以前的工作联系无国际合作内容。8、对于装置、设备开发的项目，要提出装置或设备的开发计划及设计方案。智能配变终端符合贵州电网配变监测终端（计量自动化终端）的功能和型式标准，这里重点介绍故障指示器。其设计方案如下：故障指示器开发计划如下：任务项起始载止备注立项及评审阶段开发（预研）阶段

25、样机测试阶段小批试生产阶段试挂阶段五、 预期目标和成果形式1. 预期达到的目标、技术经济指标预期目标及创新点1、预期目标 微功率无线组网技术在故障定位系统中的实现。 基于配变监测终端电压监测法的接地故障判断方法的实现。2、创新点 微功率无线组网技术在故障定位系统中的应用属于业内首创。 基于配变终端电压监测法的接地故障判断方案在业内第一次应用到故障定位系统中。主要技术经济指标1、相对传统方案的技术经济优势 配电终端安装在配变处，平时采用市电供电，停电时采用内部的超级电容进行短暂供电，因此系统中不需使用蓄电池，可使系统使用寿命大于10年； 一条架空线路，一般只需要几台配变终端，相对传统方案每个监测

26、点需一台太阳能终端，终端数量减少到30%左右，通信费用及终端设备费用只有传统方案的30%； 配变终端在承担通信功能的同时，还可以实现对配电变压器的运行工况监测，提前发现故障隐患，及时检修。2、经济效益投入故障定位系统后，首先可以实现对线路和配电变压器的实时监测，及时发现故障隐患，安排检修避免故障发生；其次，在故障发生后，能实现故障信息的实时传输和故障准确定位，极大的减少故障巡视时间，提高故障检修效率，增加线路运行的可靠性，降低线路运营成本。3、社会效益提高供电可靠率、减少客户停电时间，不仅关系到电网企业发展问题，还关系到各行各业的发展，关系到社会的和谐稳定。故障定位系统的应用，通过对电网的实时

27、监视，一旦发现故障隐患，使运行、维修人员能迅速到达故障点，及时排除故障，从而大大减少客户停电时间，满足客户可靠用电需求，提高供电可靠性及客户的用电满意度，实现了供电服务过程监控，提升了电力企业优质服务品牌。故障定位系统的应用与电力企业的故障急修、抢修等服务结合，实现供电故障的快速处理与恢复，有助形成以服务体系为中心，各方联动的优质服务新体制，真正做到客户满意用电，推动企业优质服务工作向深度和广度发展。2. 研究成果提供的最终成果（含最终成果形式及成果验收标准）最终成果形式:1 成果(级别、数量)科技进步奖，1项2 项目最终形成的标准（级别、数量）项目形成带大容量超级电容的配变监测终端新标准。3 项目形成的论文（级别、数量）项目形成论文2篇4 项目