利用故障指示器實現(xiàn)電纜線路運行故障監(jiān)測定位系統(tǒng)

1引言

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市建設及企業(yè)現(xiàn)代化程度不斷提高，用電量日趨加大。為適應城市電網(wǎng)的建設和現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展，保證供電系統(tǒng)的安全可靠，同時為了美化環(huán)境，節(jié)約線路走廊用地，城市中原本縱橫交錯的架空輸電網(wǎng)絡正逐漸被電纜供電系統(tǒng)所取代。為了盡可能減少電纜線路由于故障引發(fā)停電的次數(shù)和時間，對電纜線路維護的要求已從最早的事故后維修、預防性維修發(fā)展到預測維修和故障定位。這就要求能夠在線監(jiān)測電力電纜線路的運行狀態(tài)，以便做出設備是否需要維修的結(jié)論，同時在發(fā)生故障后，能夠快速定位故障區(qū)段。

電纜線路運行故障監(jiān)測定位系統(tǒng)可安裝在6~35kV電纜線路的環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、箱變、開閉所等電氣設備中，用于在線監(jiān)測電力線路負荷運行及故障情況，具有遠程傳輸能力的分布監(jiān)控、集中管理、即時通知型的智能化故障管理系統(tǒng)。他是基于數(shù)字故障指示器技術、GPRS通訊技術和GIS(地理信息系統(tǒng))技術為一體的一套自動高效的故障點檢查及定位系統(tǒng)。主要用于監(jiān)測線路上的短路、接地、過負荷、斷線、停電等故障情況，幫助運行人員迅速查找故障點，監(jiān)測線路負荷電流和短路動作電流，保存歷史數(shù)據(jù)并繪制曲線，用于事故分析和消隱。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1系統(tǒng)由以下幾部分組成

主站軟件、短信貓、 數(shù)字故障指示器(檢測終端)、通訊主機

2.2系統(tǒng)工作原理

數(shù)字故障指示器指示器主要安裝環(huán)網(wǎng)柜電纜進出線上，以實現(xiàn)這些線路的在線監(jiān)測(遙測)、故障檢測與定位(遙信)，同時在附近安裝1臺或2臺通訊主機(采集器)。指示器和通訊主機(采集器)都帶有四字節(jié)全球唯一通信地址，用于通訊主機(采集器)對指示器的識別;通訊主機(采集器)還帶有一字節(jié)101協(xié)議通信地址，用于通訊主機(采集器)與主站之間的地址識別。通訊主機(采集器)U與指示器采用短距離無線調(diào)頻組網(wǎng)通信，與主站之間采用GPRS公網(wǎng)通信，可選靜態(tài)IP、動態(tài)域名和APN專線，推薦使用APN通道，確保數(shù)據(jù)和控制安全。

當線路正常運行時，通訊主機(采集器)定期輪詢每只指示器或由指示器主動上報，指示器按預設的通訊策略進行應答或上報，將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊主機(采集器)。通訊策略的含義是：指示器采用極低功耗設計，設計壽命為8年以上，但無線通訊能量較大，不能完全依靠內(nèi)部鋰電池供電，大部分能量要從高壓導線感應取電。當負荷電流大于20A時可以完全取到通訊能量，在通訊時可以做到“有問必答”或者定時主動發(fā)送;當負荷電流小于20A時，只能取到有限的電能，在通訊時會出現(xiàn)“兩問一答”或者定時主動發(fā)送的情況，其它時間指示器內(nèi)部無線通訊模塊都在休眠以減少電池損耗。值得一提的是，由于無線通訊劃分為64個獨立信道，無需對多只指示器進行編碼和延時錯開時間發(fā)送，對于多只指示器同時發(fā)送時也不會存在互相干擾而導致通訊不上的情況。

當線路出現(xiàn)短路故障時，指示器可以檢測到短路故障電流，如果符合特定的短路故障判據(jù)，則本地翻牌顯示，并按照預設的時間參數(shù)自動復歸，也可以通過主站遙控復歸。同時，在通訊主機(采集器)輪詢到自己時將“及時應答”或者立即主動發(fā)送動作信息，將動作信號、短路故障電流等數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊主機(采集器)，通訊主機(采集器)再通過GPRS方式將故障動作信息和故障數(shù)據(jù)打包發(fā)到用戶手機或主站系統(tǒng)。

由于指示器的本地無線和通訊主機(采集器)的GPRS網(wǎng)絡“一直在線”，并具有雙向、隨機發(fā)起主動通訊的能力，所以主站在召喚通訊主機(采集器)的數(shù)據(jù)的同時，還可以對通訊主機(采集器)和指示器下發(fā)參數(shù)和遙控命令，例如在線修改通訊主機(采集器)和指示器的參數(shù)，遙控DCU連接的開關合閘、分閘，遙控通訊主機(采集器)管轄的指示器閃燈、復歸等。

2.3系統(tǒng)功能特點

功能：實時監(jiān)測功能：可以實時監(jiān)測線路的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)上傳時延<40S(主要取決于

GPRS上線登錄時間);

2.3.1主動告警功能：可以主動上報線路的告警信息和指示器電池故障、信號傳輸終端

電池故障、設備失效等設備故障信息，系統(tǒng)可以主動實時將告警信息上報到監(jiān)控調(diào)度中心。告警信息被實時記錄到數(shù)據(jù)庫中，可根據(jù)需要長期保存;可以提供聲光告警;

2.3.2靈活傳輸功能：通信方式可選，通信方式的選擇與系統(tǒng)工作無關。目前采用GPRS

方式上傳告警故障信息和下發(fā)查詢指令;

2.3.3數(shù)據(jù)管理功能：系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、告警信息等全部存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)計分析;

可以按照用戶要求生成各種統(tǒng)計報表、圖表。根據(jù)告警的不同拓撲位置和告警類型，提供數(shù)據(jù)分析功能，確定故障原因和故障位置;

2.3.4系統(tǒng)管理功能：可以對主控單元、采集設備、監(jiān)控點以及操作人員、系統(tǒng)功能等

進行配置;系統(tǒng)日志對系統(tǒng)狀態(tài)和人員操作做詳實記錄;

2.3.5電池電壓管理功能：對電池供電電壓進行監(jiān)測，當供電不足時上報告警;

2.3.6設備狀態(tài)定時上報：采用節(jié)拍方式，定時上報設備狀態(tài)，如果通信失敗則視為設

備故障;

2.4特點

2.4.1突破模擬普通指示器的技術和FTU的標準。無需PT和CT，無需開關或開關改造，適用范圍廣，投入產(chǎn)出比高，運行可靠。

2.4.2設備運行功耗極低，使用壽命長。指示器從導線自取電，并后備長壽命鋰電池，永久免維護;數(shù)據(jù)采集器從220V電源或者開口CT(電纜)取電，可選大容量鉛酸蓄電池或聚合物鋰電池， 5年維護一次。

2.4.3采用量化的短路故障檢測方法。監(jiān)測線路個點的負荷電流、短路故障電流并實時上報主站系統(tǒng)，并可在線調(diào)整短路故障檢測參數(shù)，大大提高短路故障檢測的準確性。

2.4.4采用量化的接地故障檢測方法。對于小電流接地系統(tǒng)，監(jiān)測線路個點接地故障穩(wěn)態(tài)零序電流、暫態(tài)零序電流并實時上報主站系統(tǒng)，并可在線調(diào)整接地故障檢測參數(shù)，大大提高接地故障檢測的準確性。

2.4.5本地采用無線調(diào)頻組網(wǎng)(64信道自動跳頻)，遠程采用GPRS網(wǎng)絡通訊，調(diào)試方便，免維護或少維護。

2.4.6指示器和數(shù)據(jù)采集器安裝簡單。安裝、拆卸簡單，本地或遠程無線調(diào)試。

2.4.7經(jīng)濟實用的主站“四遙”功能。主站軟件可以實時對現(xiàn)場的故障指示器和兩路電動開關進行“四遙”即遙控、遙信、遙測、遙調(diào)【參數(shù)讀寫】操作?？蓪崟r監(jiān)測負荷電流和短路動作電流、首半波尖峰電流和接地動作電流、穩(wěn)態(tài)零序電流和暫態(tài)零序尖峰電流(電纜)、線路或電纜頭對地電壓、導線或電纜頭溫度，并與GIS系統(tǒng)無縫接口。

3系統(tǒng)應用效果

這套電纜線路運行監(jiān)測系統(tǒng)的實施可縮小故障停電范圍、停電時間，改善用戶用電的環(huán)境和條件，滿足生產(chǎn)和生活的需求，提高配網(wǎng)供電能力，增加系統(tǒng)的可靠性，縮短人員查找和處理故障的時間，節(jié)省人力、物力，提高工效和電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。有效地降低損耗，提高電能質(zhì)量，在用戶不變的情況下最大限度地提高了售電量，增加經(jīng)濟效益。

4結(jié)語

該項新技術實施后，對運行中配電線路的故障點及絕緣情況以及安全可靠性能進行有效地檢測，不需人工查線，能對輸配電線路故障點進行準確判斷。減少以往要求的停電檢測、傳統(tǒng)方法帶來的繁瑣操作及老的工作程序帶來的不安全因素，同時又具有維護費用低、節(jié)能、節(jié)資等顯著的經(jīng)濟性;達到增產(chǎn)、增效、安全的效益。另外，在提高能源可供條件，降低社會能耗指標，保障社會安定等方面，具有巨大的社會效益。所以，在條件成熟的縣市級輸配電網(wǎng)中積極采用、推廣這套線路運行在線監(jiān)測系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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