配電線路故障在線監測系統

SHDA-2010

2010年05月北京水木源華電氣有限公司2010年05月北京水木源華電氣有限公司背景和現狀配電線路作為電力系統的重要組成部分，其正常運行不僅直接關系到電力系統的安全，也關系到整個國民經濟的有序發展和社會的安定和諧。城市電網、農村電網6~35kV線路的特點和現狀：-線路長、分支多，設備老化現象普遍；-線路所處環境復雜，易受外力破壞和自然災害的影響；-配網線路容易發生故障，而且發生故障后查找故障位置難度大；-為了查找故障，甚至會擴大停電范圍，帶來更多的經濟損失和不良的社會影響。一、系統概述目的和意義系統的應用目的：-監測線路相間短路故障，并可以定位出故障發生的區間；-監測線路單相接地故障，并可以定位出故障發生的區間；系統的應用目標：-方便快捷查找故障點，避免事故進一步擴大；-極大的減輕工作人員的勞動強度，節省人力、物力；-縮短停電時間，減少用電損失，保障運輸生產安全；-提高供電系統的自動化和信息化水平，為線路正常運行提供保障。適用范圍適用的線路范圍：-配電架空線路-配電電纜線路混合線路適用的線路結構：-中性點不接地系統-中性點經電阻接地系統-中性點經消弧線圈接地系統-中性點接地系統適用電壓等級：-6kv-10kv-20kv-35kv1、架空線路相間短路故障檢測原理相間短路判據-△I≥300A△I為突變量電流值-線路從有電壓轉為無電壓的過程-3s后線路仍然無電壓以上三個條件同時滿足時，即判定為短路故障。二、工作原理2、架空線路單相接地故障檢測原理接地判據-線路出現突然增大的電容電流（>1A）-接地線路對地電壓下降（>3KV）-3S后線路依然帶有高壓接地時產生的電容電流計算Up=線路電壓L=線路長度（同一母線下所有出線的三相線路總長度）2.7適用于無地線的架空線路，3.3適用于有地線的架空線路對于10KV的線路，只要線路總長度大于40km，電容電流就大于1A相間短路判據-I≥800AI為電流值-3s后線路無電流以上兩個條件同時滿足時，即判定為短路故障。3、電纜線路相間短路故障檢測原理單相接地判據：-I0>20A零序電流-3s后線路依然有電流以上兩個條件同時滿足時，即判定為接地故障。4、電纜線路單相接地故障檢測原理三、系統結構線路故障在線監測系統由遠端故障檢測單元和監控中心組成，可采用SMS、GPRS、光纖、微波等多種通信方式。架空線路故障檢測終端電纜線路故障檢測器服務器交換機軟件四、終端裝置終端裝置設計要求：GB3909-91《3～35kV金屬交流封閉開關設備》GB311-83/683《高壓實驗方法》GB311.1-1997《高壓輸變電設備的絕緣配合》GB11022-89《高壓開關設備通用技術條件》架空線路故障檢測終端終端功能兩種型號架空故障檢測終端，分別適用電壓等級為6~35kV和110~500kV；安裝在架空線路上（可帶電安裝），通過ISM433無線射頻和太陽能主機進行通信；可實時檢測線路電流和電壓變化；線路故障的判決和上報，包括短路、接地、斷線故障；線路狀態的判決和上報，包括過流、停電、供電。電流檢測技術-內置電流傳感器，CPU進行AD采樣，計算電流大小。-特有的雙路采樣方式，使得采樣準確度更高，可以采樣到低至100mA的接地電流。電流采樣信號經過信號保持放大電路，然后送至AD采樣模塊，同一信號經過兩個放大倍數不同的電路，送至兩個AD采樣通道，其中一路放大倍數大，負責采樣1A以下的小電流信號；另外一路放大倍數小，負責采樣1A以上的大電流信號電壓檢測技術-檢測空間電場強度-檢測兩個電壓，一個是終端所在位置的線路對其他相的電壓；另外一個是終端所在線路對大地的電壓。-終端對大地之間有個pf級電容，在線路帶有高壓時，有微弱的電流流過這個電容，當發生接地時，終端對地電壓下降，則流過終端的電流也會減小，由此可以檢測到接地線路對地電壓下降。-終端與其他相的線路之間也有pf級電容，當發生單相接地后，由于相間電壓仍然保持不變，則可以檢測到線路仍然帶電。主芯片性能選擇美國摩托羅拉公司（Freescale）的單片機作為主控芯片，該系列芯片為汽車級芯片，嚴格通過美國，歐洲等高規格的電磁干擾檢驗，是目前為止抗干擾能力最強的通用芯片。抗涌流措施-在線路送電時，終端內部會閉鎖，防止因為涌流導致誤報。-在線路工作穩定后，自動解除閉鎖。供電技術高性能，低泄漏電流的鋰電池供電，容量為3600mAh，可保存年限為12年。低功耗，檢測過程工作電流小于5uA，發射信號電流30mA，發射4s。理論計算，終端使用5年，總計發射5000次信號，則共需要耗電0.005×24×365×5＋30×（4/3600）×5000=386mAh

遠遠小于電池容量。-不使用自充電技術的原因（通過實驗證明）：自充電一般要求線路電流不小于20A，很多配電線路的分支或者某端的工作電流是小于20A的，適應性不強；自充電需要使用超級電容作為儲存電能的介質，然后目前的超級電容一般質量較差，尤其在戶外烈日暴曬的情況下，高溫很容易把電容內的電解液烤干，導致存儲電的容量不斷下降，最終徹底不能使用。結構件設計-特有的雙層防雨檐設計，防止雨雪天氣時外殼整體沾水被屏蔽，無法檢測電壓。壓簧安裝有橡膠，既可以防止終端在線路上滑動，也可以保護線路。環境適應性-外殼采用聚肽酸脂材料。-金屬采用304號不銹鋼，表明進行鍍硌處理。-可以抵抗沿海地區高鹽潮濕氣候的腐蝕太陽能通信主機裝置功能-安裝在桿塔上，可接收和處理檢測終端發射的ISM433無線射頻信號；-支持SMS、GPRS、RS232/RS485方式與監控中心建立通信；-可定時自檢，并向監控中心上報自檢信息。供電技術-采取鉛酸電池＋太陽能浮沖的方式供電。-主機電路采取低功耗設計，正常工作電流<20uA，發生信號時電流<40mA，發射時間<1分鐘。-太陽能板表面進行滴膠工藝處理，灰塵污穢物等在表面不容易附著，下雨時自動沖洗干凈。電纜線路故障檢測單元裝置介紹-每組終端由3個短路故障檢測器和1個接地故障檢測器，1個通信主機組成。-檢測終端通過光纖與通信主機通信。-檢測終端是無源的，通信主機采取鋰電池供電。-安裝在電纜分支箱，環網柜，開閉所內。

1、故障報警實時監測線路運行情況，采集短路故障、接地故障、過流、停送電等特征數據，結合線路拓撲結構準確判斷故障類型和故障位置，并以圖形、聲音和短信等多種方式實現報警。五、系統功能2、信息查詢系統支持以多種過濾條件和分類方式（如終端類型、線路名稱、起止日期、報警類型等）對告警歷史信息和終端配置信息進行查詢，可根據各種字段按升序或者降序自定義顯示查詢結果，并提供查詢結果的文件導出和打印功能。

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、數據統計提供歷史數據的分類統計和分時統計。既可分析比較某條線路在某時間段的所發生的不同故障類型，也可分析比較各類故障在某條線路的不同時間段的發生情況。。4、自檢功能故障檢測終端和通信主機定時發送自檢信息到監控中心，確保系統的穩定運行。5、功能擴展該系統還可以與其它系統（如饋線自動化系統，配網可視化SCADA系統）配合運用，可以使線路故障的判斷更加準確、使故障的查找和排除更加迅速。六、軟件兼容性與其他監控軟件，EMS，MIS,GIS等兼容。與其他終端產品兼容，例如測溫終端，配變終測儀等兼容。通信規約，兼容IEC60870-101，104規約，DNP3.0規約，CDT規約等。

七、經濟效益分析如尋找排除故障要3個小時，則尋找故障點的時間在2小時20分鐘。而使用本系統，確定電力線路故障并修復的時間縮短2小時。按每分鐘損失1萬元計算，則出現一次故障減少損失為120萬元。如果一年東電力公司的電力線路幾百公里電力線路出現10次故障停電,則可以減少損失1200萬元。八、其他問題有消弧線圈的系統是否適用？消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后，提供一電感電流，補償接地電容電流，使接地電流減小。電網正常運行時，或發生單相接地故障以外的其它故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網帶來的不是安全因素而是危害。因此，當電網未發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。自動補償的消弧線圈國內主要有四種產品，分別是調氣隙式、調匝式、偏磁式、調可控硅式，無論哪種類型的產品，都需要先檢測接地故障，然后投入運行，從發生接地故障到熄滅電弧，最快也要5ms以上的延時。本系統的檢測終端在檢測接地電容電流的時間小于1ms，因此在電容電流被補償之前，系統已經檢測到電容電流信號了，所以本系統適用于各種類型的消弧線圈接地的系統。

中性點經電阻接地系統是否適用？當系統發生接地時電容電流大于10A時，往往會在中性點接上高電阻，讓單相接地后的故障電流達到數百安培，可以使得保護可靠地跳閘。這就是說這種系統接地的故障現象與短路故障類似，所以本系統適用于這類線路接地檢測靈敏度太高，導致所報接地信息與變電所記錄不符合，如何處理？變電所的接地檢測裝置一般對于高阻接地，瞬時性接地，間歇性接地等不報警；但是這種現象長期存在，對于系統運行的安全性存在隱患，建議最好排查這類故障也可以在變電所安裝信號采集器，采集變電所的接地故障信號，然后把信號上報到系統軟件，使得系統所報接地故障與變電所的記錄一致線路負荷發生變化后，系統是否需要調整？本系統檢測短路故障時采取的時電流突變量作為判據，所以負荷增加并不影響短路判斷檢測接地則是依據線路的長度，而不依賴負荷大小，所以也不會影響接地判斷系統帶有小水電等其他電源時，是否影響系統的功能？一般情況下，小水電容量很小，基本相當于一臺配電變壓器的容量（一般小于600KVA），所以不會影響系統正常工作環網線路是否適用？環網線路一般是環網結構，解列運行。在發生故障后，才可能進行網絡重構所以從本質上，還是單電源的放射性線路，而且網絡重構通常會延時幾十秒，這段延時已經足夠使得故障檢測終端判斷出故障位置并報警了，因此本系統可以用于環網線路與開關配合的問題開關安裝的數量有限，不可能覆蓋所有分支，且開關投資大，因此開關與故障檢測系統配合適用，可以發揮更高的效益。開關的0s速斷是檢測到電流絕對值大于設定值，例如800A；而故障檢測終端是檢測突變量，也就是說在電流達到800A以上，開關跳閘之前，其電流突變量已經遠遠大于300A了，故障檢測終端已經檢測到故障電流了，剩下的只是判斷線路是否會失電，所以開關的速斷保護不影響故障判斷。八、與其他技術的比較市場上另一類產品是采用注入信號法檢測接地故障：在變電所母線上安裝信號源，在發生接地故障后，通過變壓器向接地母線上注入一個諧波信號安裝在線路上的終端檢測到這個諧波信號后返回報警信息，從而確定故障位置區段注入信號法特點分析1、注入信號法需要在變電所安裝信號源，需要協調變電部門，安裝復雜，影響較大；本系統是綠色的方案