故障在线监测系统

配电线路故障在线监测系统

SHDA-2010

2010年05月北京水木源华电气有限公司2010年05月北京水木源华电气有限公司背景和现状配电线路作为电力系统的重要组成部分，其正常运行不仅直接关系到电力系统的安全，也关系到整个国民经济的有序发展和社会的安定和谐。城市电网、农村电网6~35kV线路的特点和现状：-线路长、分支多，设备老化现象普遍；-线路所处环境复杂，易受外力破坏和自然灾害的影响；-配网线路容易发生故障，而且发生故障后查找故障位置难度大；-为了查找故障，甚至会扩大停电范围，带来更多的经济损失和不良的社会影响。一、系统概述目的和意义系统的应用目的：-监测线路相间短路故障，并可以定位出故障发生的区间；-监测线路单相接地故障，并可以定位出故障发生的区间；系统的应用目标：-方便快捷查找故障点，避免事故进一步扩大；-极大的减轻工作人员的劳动强度，节省人力、物力；-缩短停电时间，减少用电损失，保障运输生产安全；-提高供电系统的自动化和信息化水平，为线路正常运行提供保障。适用范围适用的线路范围：-配电架空线路-配电电缆线路混合线路适用的线路结构：-中性点不接地系统-中性点经电阻接地系统-中性点经消弧线圈接地系统-中性点接地系统适用电压等级：-6kv-10kv-20kv-35kv1、架空线路相间短路故障检测原理相间短路判据-△I≥300A△I为突变量电流值-线路从有电压转为无电压的过程-3s后线路仍然无电压以上三个条件同时满足时，即判定为短路故障。二、工作原理2、架空线路单相接地故障检测原理接地判据-线路出现突然增大的电容电流（>1A）-接地线路对地电压下降（>3KV）-3S后线路依然带有高压接地时产生的电容电流计算Up=线路电压L=线路长度（同一母线下所有出线的三相线路总长度）2.7适用于无地线的架空线路，3.3适用于有地线的架空线路对于10KV的线路，只要线路总长度大于40km，电容电流就大于1A相间短路判据-I≥800AI为电流值-3s后线路无电流以上两个条件同时满足时，即判定为短路故障。3、电缆线路相间短路故障检测原理单相接地判据：-I0>20A零序电流-3s后线路依然有电流以上两个条件同时满足时，即判定为接地故障。4、电缆线路单相接地故障检测原理三、系统结构线路故障在线监测系统由远端故障检测单元和监控中心组成，可采用SMS、GPRS、光纤、微波等多种通信方式。架空线路故障检测终端电缆线路故障检测器服务器交换机软件四、终端装置终端装置设计要求：GB3909-91《3～35kV金属交流封闭开关设备》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》架空线路故障检测终端终端功能两种型号架空故障检测终端，分别适用电压等级为6~35kV和110~500kV；安装在架空线路上（可带电安装），通过ISM433无线射频和太阳能主机进行通信；可实时检测线路电流和电压变化；线路故障的判决和上报，包括短路、接地、断线故障；线路状态的判决和上报，包括过流、停电、供电。电流检测技术-内置电流传感器，CPU进行AD采样，计算电流大小。-特有的双路采样方式，使得采样准确度更高，可以采样到低至100mA的接地电流。电流采样信号经过信号保持放大电路，然后送至AD采样模块，同一信号经过两个放大倍数不同的电路，送至两个AD采样通道，其中一路放大倍数大，负责采样1A以下的小电流信号；另外一路放大倍数小，负责采样1A以上的大电流信号电压检测技术-检测空间电场强度-检测两个电压，一个是终端所在位置的线路对其他相的电压；另外一个是终端所在线路对大地的电压。-终端对大地之间有个pf级电容，在线路带有高压时，有微弱的电流流过这个电容，当发生接地时，终端对地电压下降，则流过终端的电流也会减小，由此可以检测到接地线路对地电压下降。-终端与其他相的线路之间也有pf级电容，当发生单相接地后，由于相间电压仍然保持不变，则可以检测到线路仍然带电。主芯片性能选择美国摩托罗拉公司（Freescale）的单片机作为主控芯片，该系列芯片为汽车级芯片，严格通过美国，欧洲等高规格的电磁干扰检验，是目前为止抗干扰能力最强的通用芯片。抗涌流措施-在线路送电时，终端内部会闭锁，防止因为涌流导致误报。-在线路工作稳定后，自动解除闭锁。供电技术高性能，低泄漏电流的锂电池供电，容量为3600mAh，可保存年限为12年。低功耗，检测过程工作电流小于5uA，发射信号电流30mA，发射4s。理论计算，终端使用5年，总计发射5000次信号，则共需要耗电0.005×24×365×5＋30×（4/3600）×5000=386mAh

远远小于电池容量。-不使用自充电技术的原因（通过实验证明）：自充电一般要求线路电流不小于20A，很多配电线路的分支或者某端的工作电流是小于20A的，适应性不强；自充电需要使用超级电容作为储存电能的介质，然后目前的超级电容一般质量较差，尤其在户外烈日暴晒的情况下，高温很容易把电容内的电解液烤干，导致存储电的容量不断下降，最终彻底不能使用。结构件设计-特有的双层防雨檐设计，防止雨雪天气时外壳整体沾水被屏蔽，无法检测电压。压簧安装有橡胶，既可以防止终端在线路上滑动，也可以保护线路。环境适应性-外壳采用聚肽酸脂材料。-金属采用304号不锈钢，表明进行镀硌处理。-可以抵抗沿海地区高盐潮湿气候的腐蚀太阳能通信主机装置功能-安装在杆塔上，可接收和处理检测终端发射的ISM433无线射频信号；-支持SMS、GPRS、RS232/RS485方式与监控中心建立通信；-可定时自检，并向监控中心上报自检信息。供电技术-采取铅酸电池＋太阳能浮冲的方式供电。-主机电路采取低功耗设计，正常工作电流<20uA，发生信号时电流<40mA，发射时间<1分钟。-太阳能板表面进行滴胶工艺处理，灰尘污秽物等在表面不容易附着，下雨时自动冲洗干净。电缆线路故障检测单元装置介绍-每组终端由3个短路故障检测器和1个接地故障检测器，1个通信主机组成。-检测终端通过光纤与通信主机通信。-检测终端是无源的，通信主机采取锂电池供电。-安装在电缆分支箱，环网柜，开闭所内。

1、故障报警实时监测线路运行情况，采集短路故障、接地故障、过流、停送电等特征数据，结合线路拓扑结构准确判断故障类型和故障位置，并以图形、声音和短信等多种方式实现报警。五、系统功能2、信息查询系统支持以多种过滤条件和分类方式（如终端类型、线路名称、起止日期、报警类型等）对告警历史信息和终端配置信息进行查询，可根据各种字段按升序或者降序自定义显示查询结果，并提供查询结果的文件导出和打印功能。

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、数据统计提供历史数据的分类统计和分时统计。既可分析比较某条线路在某时间段的所发生的不同故障类型，也可分析比较各类故障在某条线路的不同时间段的发生情况。。4、自检功能故障检测终端和通信主机定时发送自检信息到监控中心，确保系统的稳定运行。5、功能扩展该系统还可以与其它系统（如馈线自动化系统，配网可视化SCADA系统）配合运用，可以使线路故障的判断更加准确、使故障的查找和排除更加迅速。六、软件兼容性与其他监控软件，EMS，MIS,GIS等兼容。与其他终端产品兼容，例如测温终端，配变终测仪等兼容。通信规约，兼容IEC60870-101，104规约，DNP3.0规约，CDT规约等。

七、经济效益分析如寻找排除故障要3个小时，则寻找故障点的时间在2小时20分钟。而使用本系统，确定电力线路故障并修复的时间缩短2小时。按每分钟损失1万元计算，则出现一次故障减少损失为120万元。如果一年东电力公司的电力线路几百公里电力线路出现10次故障停电,则可以减少损失1200万元。八、其他问题有消弧线圈的系统是否适用？消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小。电网正常运行时，或发生单相接地故障以外的其它故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。因此，当电网未发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。自动补偿的消弧线圈国内主要有四种产品，分别是调气隙式、调匝式、偏磁式、调可控硅式，无论哪种类型的产品，都需要先检测接地故障，然后投入运行，从发生接地故障到熄灭电弧，最快也要5ms以上的延时。本系统的检测终端在检测接地电容电流的时间小于1ms，因此在电容电流被补偿之前，系统已经检测到电容电流信号了，所以本系统适用于各种类型的消弧线圈接地的系统。

中性点经电阻接地系统是否适用？当系统发生接地时电容电流大于10A时，往往会在中性点接上高电阻，让单相接地后的故障电流达到数百安培，可以使得保护可靠地跳闸。这就是说这种系统接地的故障现象与短路故障类似，所以本系统适用于这类线路接地检测灵敏度太高，导致所报接地信息与变电所记录不符合，如何处理？变电所的接地检测装置一般对于高阻接地，瞬时性接地，间歇性接地等不报警；但是这种现象长期存在，对于系统运行的安全性存在隐患，建议最好排查这类故障也可以在变电所安装信号采集器，采集变电所的接地故障信号，然后把信号上报到系统软件，使得系统所报接地故障与变电所的记录一致线路负荷发生变化后，系统是否需要调整？本系统检测短路故障时采取的时电流突变量作为判据，所以负荷增加并不影响短路判断检测接地则是依据线路的长度，而不依赖负荷大小，所以也不会影响接地判断系统带有小水电等其他电源时，是否影响系统的功能？一般情况下，小水电容量很小，基本相当于一台配电变压器的容量（一般小于600KVA），所以不会影响系统正常工作环网线路是否适用？环网线路一般是环网结构，解列运行。在发生故障后，才可能进行网络重构所以从本质上，还是单电源的放射性线路，而且网络重构通常会延时几十秒，这段延时已经足够使得故障检测终端判断出故障位置并报警了，因此本系统可以用于环网线路与开关配合的问题开关安装的数量有限，不可能覆盖所有分支，且开关投资大，因此开关与故障检测系统配合适用，可以发挥更高的效益。开关的0s速断是检测到电流绝对值大于设定值，例如800A；而故障检测终端是检测突变量，也就是说在电流达到800A以上，开关跳闸之前，其电流突变量已经远远大于300A了，故障检测终端已经检测到故障电流了，剩下的只是判断线路是否会失电，所以开关的速断保护不影响故障判断。八、与其他技术的比较市场上另一类产品是采用注入信号法检测接地故障：在变电所母线上安装信号源，在发生接地故障后，通过变压器向接地母线上注入一个谐波信号安装在线路上的终端检测到这个谐波信号后返回报警信息，从而确定故障位置区段注入信号法特点分析1、注入信号法需要在变电所安装信号源，需要协调变电部门，安装复杂，影响较大；本系统是绿色的方案