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一遙型高壓線路故障檢測及自動定位系統
(北京中凱科電電力技術有限公司)
一、系統概述及特點
1.1概述
傳統配網自動化系統采用饋線自動化FA實現故障定位、隔離和非故障區域自動恢復供電，但這種方式投資大、設備多、光纖通訊費用昂貴，適合多聯絡、多分段且一次設備具備電動操作機構和受控功能的配電網，但我國農村配電網的情況是網架結構薄弱，并且大多是輻射狀配電網結構，屬于不具備電動操作機構和受控功能的配電網，因此這些地區適合采用簡易型配電自動化系統。簡易型配電自動化系統是基于就地檢測和控制技術的一種系統。它采用故障指示器來獲取配電線路上的故障信息，由人工在現場巡視線路上的指示器是否翻轉變色來判斷線路是否發生故障（也可將故障指示信號上傳到相關的主站，由主站來判斷故障區段）。
故障自動定位系統就是一種簡易型的配電自動化系統，該系統集成了現代故障指示器技術、GSM通信技術和分布式等技術，形成了一套自動高效的故障檢測以及定位系統。主要用于配電系統各種故障的檢測和定位，包括相間短路和單相接地故障。在發生故障時，智能故障定位系統的監控主站與現場大量的故障監測點相配合，在故障發生后的幾分鐘內即可在主站通過故障定位策略給出故障源信息，并且以短信告警的形式通知相關值班員，幫助維修人員迅速趕赴現場，隔離故障段，恢復正常供電。
1.2系統特點
為供電企業提供一套以故障定位為核心功能的自動化系統。該系統通過低廉的成本實現配電網的故障信號采集、故障區段定位，降低配電網線路的故障查找時間和查找成本，加快供電恢復，從而提高供電可靠性。
結合農村配電網現狀，提出一套簡易型配電自動化系統的建設模式，該模式適用于簡單接線的城鄉配電線路（含單輻射配電線路）和城市中無專門通信條件區域的配電線路。
先進的故障定位策略，提高故障定位搜索的時間。根據開關裝置變位信號，在線路圖故障分析線程結束后，定時對線路圖進行拓撲分析，或者運行值班人員通過人機交互頁面手動觸發拓撲分析功能，此時故障定位服務會實時進行拓撲分析，因此故障信號到來時，可實時進行故障查找，而不進行拓撲分析，這就提高了故障定位搜索的效率。
采用分布式結構，以組件的方式實現系統功能。如果將所有組件都部署于服務器就容易造成服務器資源短缺，系統瓶頸的問題，所以采用分布式結構，以組件的形式實現系統功能，可將組件部署于多臺服務器，通過消息機制建立組件間的松散耦合關系。通過點對點消息模型，采用異步機制完成信息傳輸。
分布式監測采用B/S三層架構實現，并在此架構下使用SVG文件格式作為圖形的存儲和展示方式。
集成一體化設計，將通信模塊、模擬采集模塊及處理器模塊進行縮微精簡，做到有機整合。
整體低壓熱熔注射成型工藝保障設備具備可靠的絕緣、耐溫、抗沖擊、減振、防潮、防水、防塵、耐化學腐蝕性能。
采用太陽能充電配合超容組件，無需外接電源，續航能力強。
低功耗電路設計和穩定的休眠召喚機制，保障了設備可以在無陽光環境下連續工作30天以上。
設備采用統一外觀設計，安裝方式簡便，在帶電狀態下進行安裝。
二、系統組成
故障自動定位系統包括：線路故障檢測單元、主、從站(通信終端)、中心站和通信系統。
通訊系統分為：主站與從站之間的短距離通信系統、主站到中心站的GSM(手機短消息)通信系統和中心站到主站之間的串行(或網絡)通信。其中主站與從站之間的短距離通信方式主要有無線（架空系統）、光纖（電纜系統）兩種方式，徹底解決了高壓絕緣問題。
架空型故障檢測單元能檢測架空裸線、架空絕緣線的加電、停電、短路故障和單相接地故障；
電纜型故障單元能檢測到電纜線路的短路故障和單相接地故障。
三、系統簡介
3.1故障檢測單元結構
該系統可分為三層：設備基礎層、通信采集層、智能應用層。
設備基礎層即故障檢測單元的硬件設備層，設計上采用新型高精度電流傳感器，關鍵部件采用一體化封裝技術成型，設計、焊接、裝配工藝標準化流水式作業，保障了設備具有良好的防護和電磁兼容特性，能夠滿足現場惡劣的運行環境；
通信采集層包括設備通信模塊及主站接收模塊，設備通信模塊采用低功耗設計，配合先進的電源看門狗管理模塊，做到完全可以靠電磁感應供給能量來使設備正常運轉，實現無源化安裝；
智能應用層即主站應用系統，是用戶直接面對的操作、瀏覽人機接口，具備友好的人機交互界面、視數據采集規模而定的采集子系統、故障定位拓撲分析和相應的管理功能，并能夠與其他電力生產、信息系統實現基于信息交互總線的數據交互。
系統架構圖
3.2工作原理
在配電網架空線路或者電纜線路上加裝一遙故障診斷裝置，檢測線路的故障狀態，當有短路或者接地故障發生時，故障診斷裝置會做出翻牌的動作，并迅速的將故障信號發送到故障指示系統主站，由主站系統軟件對各個故障診斷裝置的上報信號進行匯總分析。實現判定故障位置、確定網絡重構方案，并將相關結果通知線路運行管理人員。
架空線故障檢測判斷示意圖
電纜系統故障檢測判斷示意圖
3.3適用電壓等級及線路分類：
適用于6-35KV架空裸導線、絕緣導線
適用于用于3-35KV電纜線路
3.4安裝位置
變電站或開閉站出口：判斷故障在站內或是站外
主干線和分支處：判斷故障所在的分支或區段告警
電纜與架空線與電纜連接處：判斷故障在電纜處還是架空線處
用戶高壓進線處：用于判斷用戶故障
3.5功能特點
故障采集功能：實時監聽線路故障檢測單元的上報報文，對接收到的故障報文進行解析獲取故障數據。
故障定位功能：結合圖形系統和拓撲關系，綜合各個線路故障檢測單元的故障數據，實現故障點的智能定位。
故障歷史信息分析功能：針對故障歷史記錄進行各種分析，比如按線路、供電區、行業等進行統計。
設備管理功能：實現故障檢測單元的管理。包括臺帳、安裝地點、手機號碼等內容的錄入、查詢、瀏覽等功能。
四、系統功能
4.1系統結構
系統由線路故障檢測單元和故障定位主站構成。
系統示意圖
4.2故障檢測單元
一遙故障檢測單元包括 故障檢測模塊、通訊模塊、電源模塊三個部分。
4.2.1故障檢測模塊
實時檢測線路運行狀態，實現線路加電、停電、短路和接地故障的具備傳統故障指示器的基本功能。
4.2.2通訊模塊
具備GPRS/GSM通信功能。
通信模塊的如下參數要能夠讀取/設置：
與主站聯系的周期：通信模塊要每隔一定的時間周期（以24h及其倍數為周期）向主站發送聯絡信息，主站以此確認通信模塊的工作狀態是否正常。
參數設置方式：
支持遠程短信設置。
通信模塊部分要采用低功耗設計：
當“匯報周期”未到且沒有故障事件的時候，模塊處于休眠狀態
具備短信喚醒功能：
當用戶需要查詢/設置參數的時候，通過特殊的短信，可以使通信模塊由休眠狀態轉為工作狀態，以方便用戶進行參數的查詢/設置
4.3通訊技術參數
低功耗與外部充電結合設計，以保證應用時效在電氣壽命之上。
通信方式：與主站之間采用GSM、SCDMA的SMS通信。三相之間采用短距離無線通信。
震動：IEC60068－2－6
防水：IP67
電磁兼容性能：
高頻干擾（電力遠動設備四級標準）
抗快速瞬變脈沖群干擾（電力遠動設備二級標準）
抗靜電放電干擾（電力遠動設備二級標準）
抗工頻磁場干擾（電力遠動設備四級標準）
4.4電網基本信息維護
繪制電網的線路圖
實際的故障定位器會安裝在線路上，因此實現智能故障定位系統之前首先需要繪制一張具有電網連接關系的線路圖。線路圖應該是一張矢量圖，描述電力圖元之間的連接關系，而SVG正是一種將圖形矢量化的圖形格式，并且IEC61970采用SVG數據格式作為圖形的交換格式，因此選用SVG作為圖形管理的基本框架。
電網設備信息管理：包括終端和電網一次設備的信息管理
4.5數據采集
主站通過短信貓接收故障檢測單元發送來的短信，并對短信進行解析。
通信基本信息的維護
對與故障檢測單元通信的主站號碼和通信中心號碼以及終端SIM卡號進行信息維護，包括信息的添加、修改、刪除以及查詢功能。
短信收發功能
故障檢測單元通過發短信的方式向主站發送數據，主站通過短信的形式控制故障檢測單元，因此主站應具有短信收發的功能，并通過短信貓的方式來接收和發送短信。發送短信時可群發給多個短信貓
數據解析
對接收到的報文進行解析；向故障檢測單元發送設置報文
數據存儲
將主站收到的數據保存到數據庫服務器中
4.6故障定位
拓撲分析功能
根據線路圖的連接關系和開關的實時狀態建立拓撲關系。當采集到開關變位裝置短信后，此時啟動時限控制，可自動對電網進行拓撲分析。還可以在頁面上手動進行電網拓撲分析功能。
自動進行故障定位
結合圖形管理和電網拓撲關系功能，綜合各故障診斷裝置的故障數據，實現故障點的智能定位。
4.7故障自檢告警
聲音告警
如果故障檢測單元出現故障信息，在主站系統中可聲音告警給用戶 。
頁面告警
如果故障檢測單元出現故障信息，在線路圖上將故障源閃爍顯示
短信告警
如果故障檢測單元出現故障信息，將故障源以短信的形式發送給線路管理人員
4.8故障關閉
當用戶收到故障源信息并在解除故障后，應將故障源關閉
在線路圖上將閃爍的故障源關閉
線路管理人員通過發短信的形式關閉故障源
4.9運行狀態監視
服務器工作狀態監視
所有服務器的工作狀態，服務器包括：數據庫服務器、采集服務器、主站服務器
智能終端的狀態監視
即故障檢測單元的狀態監視。
短信貓的狀態監視
即監視服務器端所有短信貓的狀態。
4.10信息管理
故障檢測單元管理
基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
根據配置文件，默認添加故障檢測單元對應的點號
一次設備管理
開關基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
根據配置文件，默認添加開關對應的點號
短信貓信息管理
基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
SIM卡信息管理
基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
通道信息管理
基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
短信下發管理
故障檢測單元命令設置
開關命令設置
點號信息管理
為每個終端配置端口所代表的意義
可添加、修改、刪除終端對應的點號信息
線路信息管理
圖形管理
4.11權限管理
功能管理
此模塊主要負責對資源權限進行管理。管理員可以在粗細粒度下對資源權限進行管理。用戶可以對創建的資源實例進行權限的管理。
角色管理
此模塊主要負責對角色進行相應的管理（包括添加、刪除、修改）；對角色所擁有的權限進行相應的管理（包括授予、刪除所擁有的權限）；對用戶和組賦予相應的角色等等
人員管理
此模塊主要負責對用戶進行管理（包括添加、刪除、修改）；對用戶所屬的角色進行管理（包括添加、刪除）；對用戶所屬的組進行管理。
4.12 Web頁面功能
更改開關狀態
拓撲分析功能
定時向服務器請求動態數據，將實時數據動態顯示在頁面中；
故障區段和影響區域進行閃爍；
基本的圖形管理操作：放大、縮小、鷹眼、漫游；
在線路圖上標注事故重點區域；
根據出故障頻率在線路圖上標識；
可實現根據屬性信息定位：在線路圖上根據設備名稱搜索定位到設備點上，并閃爍顯示；
點擊線路圖上的設備可查看設備的屬性信息：根據單擊位置的坐標信息，在一定范圍內查找線路圖上所有設備
五、架空線路故障檢測原理及技術參數：
5.1架空線短路故障檢測原理
a) It≥160A It為突變量電流啟動值
b) △I≥1.5I0 I0為短路前線路電流
c) I＝0A I為線路發生短路故障后電流
d) 3S≥△T≥0.06S △T為突變電流保持時間
5.2架空線接地故障檢測原理
a) 檢測接地瞬間線路分布電容放電電流
b) 檢測線路相電壓的電壓幅值
5.3技術參數：
適用電壓等級：6－35KKV
適用線路負荷電流：0－1200A
適用導線直徑：8～28mm
短時耐受電流能力：31.5kA/2S
可動作次數：不小于3000次
適用環境溫度：-35℃～70℃
海拔高度：小于2000m
環境濕度：小于100%
防護等級：IP65
重量：不大于500g
顯示方式：就地翻牌顯示，短信告警提示
翻牌顯示復位時間：線路恢復供電后1分鐘內自動復位
裝卸方法：使用專用安裝工具。可帶電安裝與摘卸
5.4供電方式：
使用1500mAh/3.7V可充鋰電池及超容供電
充電方案采用太陽能充電。充電后電源能夠提供“故障檢測模塊”和“通信模塊”共同使用。
5.5通訊解決方案：
在A、B、C三相上分別掛裝故障檢測單元（三相為一組）。
一組故障檢測單元由一個主站及兩個從站組成（即一托二方式）
從站與主站之間采用短距離無線通信方式。主站與中心站之間采用GSM通訊方式。
北京中凱科電電力技術有限公司
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