故障在线监测系统

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。
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
配电线路故障在线监测系统
SHDA-2010
北京水木源华电气有限公司 2010年05月 年 月
一、系统概述
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。
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 ISM433 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。
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。
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。
环网线路是否适用？ 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。
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： 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》
- 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）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。
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。
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。
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？ 线路负荷发生变化后，系统是否需要调整？
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。
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
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。
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， 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
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
以上两个条件同时满足时，即判定为短路故障。
4、电缆线路单相接地故障检测原理 、
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。
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。
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 - 35kv
二、工作原理
1、架空线路相间短路故障检测原理 、
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
3、电缆线路相间短路故障检测原理 、
相间短路判据
- I≥800A I为电流值 - 3s后线路无电流
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 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 缩短2 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 小时。 每分钟损失1万元计算，则出现一次故障减少损失为 计算 120万元 万元。 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 故障停电,则可以减少损失1200万元 10次 减少损失1200万元。 出现10次故障停电,则可以减少损失1200万元。
中性点经电阻接地系统是否适用？ 中性点经电阻接地系统是否适用？