利用故障指示器实现电缆线路运行故障监测定位系统

1引言

本文引用地址：随着国民经济的迅猛发展，城市建设及企业现代化程度不断提高，用电量日趋加大。为适应城市电网的建设和现代化企业的发展，保证供电系统的安全可靠，同时为了美化环境，节约线路走廊用地，城市中原本纵横交错的架空输电网络正逐渐被电缆供电系统所取代。为了尽可能减少电缆线路由于故障引发停电的次数和时间，对电缆线路维护的要求已从最早的事故后维修、预防性维修发展到预测维修和故障定位。这就要求能够在线监测电力电缆线路的运行状态，以便做出设备是否需要维修的结论，同时在发生故障后，能够快速定位故障区段。

电缆线路运行故障监测定位系统可安装在6~35kV电缆线路的环网柜、分支箱、箱变、开闭所等电气设备中，用于在线监测电力线路负荷运行及故障情况，具有远程传输能力的分布监控、集中管理、即时通知型的智能化故障管理系统。他是基于数字故障指示器技术、GPRS通讯技术和GIS(地理信息系统)技术为一体的一套自动高效的故障点检查及定位系统。主要用于监测线路上的短路、接地、过负荷、断线、停电等故障情况，帮助运行人员迅速查找故障点，监测线路负荷电流和短路动作电流，保存历史数据并绘制曲线，用于事故分析和消隐。

2系统结构和工作原理

2.1系统由以下几部分组成

主站软件、短信猫、 数字故障指示器(检测终端)、通讯主机

2.2系统工作原理

数字故障指示器指示器主要安装环网柜电缆进出线上，以实现这些线路的在线监测(遥测)、故障检测与定位(遥信)，同时在附近安装1台或2台通讯主机(采集器)。指示器和通讯主机(采集器)都带有四字节全球唯一通信地址，用于通讯主机(采集器)对指示器的识别;通讯主机(采集器)还带有一字节101协议通信地址，用于通讯主机(采集器)与主站之间的地址识别。通讯主机(采集器)U与指示器采用短距离无线调频组网通信，与主站之间采用GPRS公网通信，可选静态IP、动态域名和APN专线，推荐使用APN通道，确保数据和控制安全。

当线路正常运行时，通讯主机(采集器)定期轮询每只指示器或由指示器主动上报，指示器按预设的通讯策略进行应答或上报，将实时数据发送到通讯主机(采集器)。通讯策略的含义是：指示器采用极低功耗设计，设计寿命为8年以上，但无线通讯能量较大，不能完全依靠内部锂电池供电，大部分能量要从高压导线感应取电。当负荷电流大于20A时可以完全取到通讯能量，在通讯时可以做到“有问必答”或者定时主动发送;当负荷电流小于20A时，只能取到有限的电能，在通讯时会出现“两问一答”或者定时主动发送的情况，其它时间指示器内部无线通讯模块都在休眠以减少电池损耗。值得一提的是，由于无线通讯划分为64个独立信道，无需对多只指示器进行编码和延时错开时间发送，对于多只指示器同时发送时也不会存在互相干扰而导致通讯不上的情况。

当线路出现短路故障时，指示器可以检测到短路故障电流，如果符合特定的短路故障判据，则本地翻牌显示，并按照预设的时间参数自动复归，也可以通过主站遥控复归。同时，在通讯主机(采集器)轮询到自己时将“及时应答”或者立即主动发送动作信息，将动作信号、短路故障电流等数据发送到通讯主机(采集器)，通讯主机(采集器)再通过GPRS方式将故障动作信息和故障数据打包发到用户手机或主站系统。

由于指示器的本地无线和通讯主机(采集器)的GPRS网络“一直在线”，并具有双向、随机发起主动通讯的能力，所以主站在召唤通讯主机(采集器)的数据的同时，还可以对通讯主机(采集器)和指示器下发参数和遥控命令，例如在线修改通讯主机(采集器)和指示器的参数，遥控DCU连接的开关合闸、分闸，遥控通讯主机(采集器)管辖的指示器闪灯、复归等。

2.3系统功能特点

功能：实时监测功能：可以实时监测线路的状态信息。数据上传时延40S(主要取决于

GPRS上线登录时间);

2.3.1主动告警功能：可以主动上报线路的告警信息和指示器电池故障、信号传输终端

电池故障、设备失效等设备故障信息，系统可以主动实时将告警信息上报到监控调度中心。告警信息被实时记录到数据库中，可根据需要长期保存;可以提供声光告警;

2.3.2灵活传输功能：通信方式可选，通信方式的选择与系统工作无关。目前采用GPRS

方式上传告警故障信息和下发查询指令;

2.3.3数据管理功能：系统配置数据、告警信息等全部存储在数据库中，便于统计分析;

可以按照用户要求生成各种统计报表、图表。根据告警的不同拓扑位置和告警类型，提供数据分析功能，确定故障原因和故障位置;

2.3.4系统管理功能：可以对主控单元、采集设备、监控点以及操作人员、系统功能等

进行配置;系统日志对系统状态和人员操作做详实记录;

2.3.5电池电压管理功能：对电池供电电压进行监测，当供电不足时上报告警;

2.3.6设备状态定时上报：采用节拍方式，定时上报设备状态，如果通信失败则视为设

备故障;

2.4特点

2.4.1突破模拟普通指示器的技术和FTU的标准。无需PT和CT，无需开关或开关改造，适用范围广，投入产出比高，运行可靠。

2.4.2设备运行功耗极低，使用寿命长。指示器从导线自取电，并后备长寿命锂电池，永久免维护;数据采集器从220V电源或者开口CT(电缆)取电，可选大容量铅酸蓄电池或聚合物锂电池， 5年维护一次。

2.4.3采用量化的短路故障检测方法。监测线路个点的负荷电流、短路故障电流并实时上报主站系统，并可在线调整短路故障检测参数，大大提高短路故障检测的准确性。

2.4.4采用量化的接地故障检测方法。对于小电流接地系统，监测线路个点接地故障稳态零序电流、暂态零序电流并实时上报主站系统，并可在线调整接地故障检测参数，大大提高接地故障检测的准确性。

2.4.5本地采用无线调频组网(64信道自动跳频)，远程采用GPRS网络通讯，调试方便，免维护或少维护。

2.4.6指示器和数据采集器安装简单。安装、拆卸简单，本地或远程无线调试。

2.4.7经济实用的主站“四遥”功能。主站软件可以实时对现场的故障指示器和两路电动开关进行“四遥”即遥控、遥信、遥测、遥调【参数读写】操作。可实时监测负荷电流和短路动作电流、首半波尖峰电流和接地动作电流、稳态零序电流和暂态零序尖峰电流(电缆)、线路或电缆头对地电压、导线或电缆头温度，并与GIS系统无缝接口。

3系统应用效果

这套电缆线路运行监测系统的实施可缩小故障停电范围、停电时间，改善用户用电的环境和条件，满足生产和生活的需求，提高配网供电能力，增加系统的可靠性，缩短人员查找和处理故障的时间，节省人力、物力，提高工效和电网运行稳定性。有效地降低损耗，提高电能质量，在用户不变的情况下最大限度地提高了售电量，增加经济效益。

4结语

该项新技术实施后，对运行中配电线路的故障点及绝缘情况以及安全可靠性能进行有效地检测，不需人工查线，能对输配电线路故障点进行准确判断。减少以往要求的停电检测、传统方法带来的繁琐操作及老的工作程序带来的不安全因素，同时又具有维护费用低、节能、节资等显著的经济性;达到增产、增效、安全的效益。另外，在提高能源可供条件，降低社会能耗指标，保障社会安定等方面，具有巨大的社会效益。所以，在条件成熟的县市级输配电网中积极采用、推广这套线路运行在线监测系统具有非常重要的现实意义。

参考文献：贺家里、宋从矩， 《电力系统继电保护原理》

刘建、 倪建立， 《配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法》

龙维民 《基于故障指示器的配电网故障自动定位》

袁钦成，王天华等， 《配电线路故障自动定位系统的研究与实施》

桑在中，潘贞存等 《小电流接地系统单相接地故障选线、测距和定位的新技术》

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