线路故障定位系统

线路故障定位系统
高压线路故障指示及故障自动定位系统
一、故障定位系统概述及特点 1.1概述
传统配网自动化系统采用馈线自动化FA 实现故障定位、隔离和非故障区域自动恢复供电，但这种方式投资大、设备多、光纤通讯费用昂贵，适合多联络、多分段且一次设备具备电动操作机构和受控功能的配电网，但我国农村配电网的情况是网架结构薄弱，并且大多是辐射状配电网结构，属于不具备电动操作机构和受控功能的配电网，因此这些地区适合采用简易型配电自动化系统。

简易型配电自动化系统是基于就地检测和控制技术的一种系统。

它采用故障指示器来获取配电线路上的故障信息，由人工在现场巡视线路上的指示器是否翻转变色来判断线路是否发生故障（也可将故障指示信号上传到相关的主站，由主站来判断故障区段）。

故障自动定位系统就是一种简易型的配电自动化系统，该系统集成了现代故障指示器技术、GSM 通信技术和分布式等技术，形成了一套自动高效的故障检测以及定位系统。

主要用于配电系统各种故障的检测和定位，包括相间短路和单相接地故障。

在发生故障时，智能故障定位系统的监控主站与现场大量的故障监测点相配合，在故障发生后的几分钟内即可在主站通过故障定位策略给出故障源信息，并且以短信告警的形式通知相关值班员，帮助维修人员迅速赶赴现场，隔离故障段，恢复正常供电。

1.2系统特点
为供电企业提供一套以故障定位为核心功能的自动化系统。

该系统通过低廉的成本实现配电网的故障信号采集、故障区段定位，降低配电网线路的故障查找时间和查找成本，加快供电恢复，从而提高供电可靠性。

结合农村配电网现状，提出一套简易型配电自动化系统的建设模式，该模式适用于简单接线的城乡配电线路（含单辐射配电线路）和城市中无专门通信条件区域的配电线路。

先进的故障定位策略，提高故障定位搜索的时间。

根据开关装置变位信号，在线路图故障分析线程结束后，定时对线路图进行拓扑分析，或者运行值班人员通过人机交互页面手动触发拓扑分析功能，此时故障定位服务会实时进行拓扑分析，因此故障信号到来时，可实时进行故障查找，而不进行拓扑分析，这就提高了故障定位搜索的时间
采用分布式结构，以组件的方式实现系统功能。

如果将所有组件都部署于服务器就容易造成服务器资源短缺，系统瓶颈的问题，所以采用分布式结构，以组件的形式实现系统功能，可将组件部署于多台服务器，通过消息机制建立组件间的松散耦合关系。

通过点对点消息模型，采用异步机制完成消息传输。

● 分布式监测采用B/S三层架构实现，并在此架构下使用SVG 文件格式作为图形的存储和展示方
式。

● 集成一体化设计，将通信模块、模拟采集模块及处理器模块缩微精简到两块板子，做到有机整合。

● 整体低压热熔注射成型工艺保障设备具备可靠的绝缘、耐温、抗冲击、减振、防潮、防水、防尘、
耐化学腐蚀性能。

● 采用太阳能充电配合高性能锂电池，无需外接电源，续航能力强。

● 低功耗电路设计和稳定的休眠召唤机制，保障了设备可以在无阳光环境下连续工
作30天以上。

● 设备采用统一外观设计，安装方式统一方便，无需停电。

二、系统组
成
◆ 故障自动定位系统包括：线路故障检测传感器、主、从站(通信终端) 、中心站和
通信系统。

◆ 通讯系统分为：主站与从站之间的短距离通信系统、主站到中心站的
GSM(手机短消息)
通信系统和中心站到主站之间的串行(或网络) 通信。

其中主站与从站之间的短距离
通信方式主要有无线（架空系统）、光纤（电缆系统）两种方式，解决了高压绝缘问题。

◆ 架空型故障检测传感器能检测架空裸线、架空绝缘线的加电、停电、短路故障和单相
接地
故障；
◆ 电缆型故障传感器能检测到电缆线路的短路故障和单相接地故障。

三、系统简介 3.1故障指示器结构
该系统可分为三层：设备基础层、通信采集层、智能应用层。

◆ 设备基础层即故障指示器的硬件设备层，设计上采用新型高精度电流传感器，关
键部件采用一体
化封装技术成型，设计、焊接、装配工艺标准化流水式作业，保障了设备具有良好的
防护和电磁兼容特性，能够满足现场恶劣的运行环境；
◆ 通信采集层包括设备通信模块及主站接收模块，设备通信模块采用低功耗设计，
配合先进的电源
看门狗管理模块，做到完全可以靠电磁感应供给能量来使设备正常运转，实现无源化
安装；◆ 智能应用层即主站应用系统，是用户直接面对的操作、浏览人机接口，具备友
好的人机交互界面、
视数据采集规模而定的采集子系统、故障定位拓扑分析和相应的管理功能，并能够与
其他电力生产、信息系统实现基于信息交互总线的数据交互。

系统架构图
3.2工作原理
在配电网架空线路或者电缆线路上加装一遥故障诊断装置，检测线路的故障状态，当有短路或者接地故障发生时，故障诊断装置会做出翻牌的动作，并迅速的将故障信号发送到故障指示系统主站，由主站系统软件对各个故障诊断装置的上报信号进行汇总分析。

实现判定故障位置、确定网络重构方案，并将相关结果通知线路运行管理人员(手持 PDA 实现) 。

架空型故障判断示意图
电缆型故障判断示意图
3.3适用电压等级及线路分类：
适用于6-35KV 架空裸导线、绝缘导线适用于用于3-35KV 电缆线路 3.4安装位置
变电站或开闭站出口：判断故障在站内或是站外主干线和分支处：判断故障所在的分支或区段告警翻牌电缆与架空线与电缆连接处：判断故障在电缆处还是架空线处用户高压进线处：用于判断用户故障 3.5功能特点
故障采集功能：实时监听线路故障指示器的上报报文，对接收到的故障报文进行解析获取故障数据。

故障定位功能：结合图形系统和拓扑关系，综合各个线路故障指示器的故障数据，实现故障点的智能定位。

故障历史信息分析功能：针对故障历史记录进行各种分析，比如按线路、供电区、行业等进行统计。

设备管理功能：实现故障指示器的管理。

包括台帐、安装地点、手机号码等内容的录入、查询、浏览等功能。

四、系统功能 4.1系统结构
系统由线路故障指示器和故障定位主站构成。

系统结构图
4.2故障指示器
一遥故障指示器包括故障检测模块、通讯模块、电源模块三个部分。

4.2.1故障检测模块
实时检测线路运行状态，实现线路加电、停电、短路故障及接地故障的具备传统故障指示器的基本功能。

4.2.2通讯模块
具备GPRS/GSM通信功能。

通信模块的如下参数要能够读取/设置：
与主站联系的周期：通信模块要每隔一定的时间周期（以24h 及其倍数为周期）向主站发送联络信息，主站以此确认通信模块的工作状态是否正常。

参数设置方式：
✓支持远程短信设置。

✓通信模块部分要采用低功耗设计：
✓当“汇报周期”未到且没有故障事件的时候，模块处于休眠状态✓具备短信唤
醒功能：
✓当用户需要查询/设置参数的时候，通过特殊的短信，可以使通信模块由休眠状态
转为工作状态，以
方便用户进行参数的查询/设置. 4.3通讯技术参数
1. 低功耗与外部充电结合设计，使用寿命10年以上。

2. 通信方式：与主站之间采用GSM 、SCDMA 的SMS 通信。

三相之间采用短距离无线
通信。

3. 工作温度：－40℃～＋75℃ 4. 工作湿度：5％～95
％
5. 电压等级 3-35kV
6. 震动：IEC60068－2－6
7. 防水：IP67
8. 电磁兼容性能：
9. 高频干扰（电力远动设备四级标准）
10. 抗快速瞬变脉冲群干扰（电力远动设备二级标准） 11. 抗静电放电干扰（电力
远动设备二级标准） 12. 抗工频磁场干扰（电力远动设备四级标准） 4.4电网基本信息
维护绘制电网的线路图
实际的故障定位器会安装在线路上，因此实现智能故障定位系统之前首先需要绘制一
张具有电网连接关系的线路图。

线路图应该是一张矢量图，描述电力图元之间的连接关系，而SVG 正是一种将图形矢量化的图形格式，并且IEC61970采用SVG 数据格式作为图形的
交换格式，因此选用SVG 作为图形管理的基本框架。

电网设备信息管理:包括终端和电网一次设备的信息管理 4.5数据采集
主站通过短信猫接收故障指示器发送来的短信，并对短信进行解析。

● 通信基本信息的维护
对与智能故障指示器通信的主站号码和通信中心号码以及终端SIM 卡号进行信息维护，包括信息的添加、修改、删除以及查询功能。

● 短信收发功能
智能故障指示器通过发短信的方式向主站发送数据，主站通过短信的形式控制智能故障指示器，因此主站应具有短信收发的功能，并通过短信猫的方式来接收和发送短信。

发送短信时可群发给多个短信猫
● 数据解析
对接收到的报文进行解析；向故障指示器发送设置报文● 数据存储
将主站收到的数据保存到数据库服务器中 4.6故障定位
拓扑分析功能
根据线路图的连接关系和开关的实时状态建立拓扑关系。

当采集到开关变位装置短信后，此时启动时
限控制，可自动对电网进行拓扑分析。

还可以在页面上手动进行电网拓扑分析功能。

自动进行故障定位
结合图形管理和电网拓扑关系功能，综合各智能故障诊断装置的故障数据，实现故障点的智能定位。

4.7故障告警
声音告警
如果智能故障指示器出现故障信息，在主站系统中可声音告警给用户。

页面告警
如果智能故障指示器出现故障信息，在线路图上将故障源闪烁显示
短信告警
如果智能故障指示器出现故障信息，将故障源以短信的形式发送给线路管理人员 4.8故障关闭
当用户收到故障源信息并解除故障时，应将故障关闭在线路图上将闪烁的故障源关闭
在线路管理人员通过发短信的形式关闭故障源 4.9运行状态监视
服务器工作状态监视
所有服务器的工作状态，服务器包括：数据库服务器、采集服务器、主站服务器智能终端的状态监视
即故障指示器设备的状态监视。

短信猫的状态监视
即监视服务器端所有短信猫的状态。

4.10信息管理
故障指示器管理
基本信息维护：添加、修改、删除，搜索功能根据配置文件，默认添加故障指示器
对应的点号一次设备管理
开关基本信息维护：添加、修改、删除，搜索功能根据配置文件，默认添加开关对
应的点号短信猫信息管理
基本信息维护：添加、修改、删除，搜索功能
SIM 卡信息管理
基本信息维护：添加、修改、删除，搜索功能通道信息管理
基本信息维护：添加、修改、删除，搜索功能短信下发管理故障指示器命令设置
开关命令设置点号信息管理
为每个终端配置端口所代表的意义可添加、修改、删除终端对应的点号信息线路信
息管理图形管理 4.11权限管理
功能管理
此模块主要负责对资源权限进行管理。

管理员可以在粗细粒度下对资源权限进行管理。

用户可以对创建的资源实例进行权限的管理。

角色管理
此模块主要负责对角色进行相应的管理（包括添加、删除、修改）；对角色所拥有的
权限进行相应的管理（包括授予、删除所拥有的权限）；对用户和组赋予相应的角色等等
人员管理
此模块主要负责对用户进行管理（包括添加、删除、修改）；对用户所属的角色进行
管理（包括添加、删除）；对用户所属的组进行管理。

4.12 Web页面功能
● 更改开关状态● 拓扑分析功能
● 定时向服务器请求动态数据，将实时数据动态显示在页面中；● 故障区段和影
响区域进行闪烁；
● 基本的图形管理操作：放大、缩小、鹰眼、漫游；● 在线路图上标注事故重点
区域；● 根据出故障频率在线路图上标识；
● 可实现根据属性信息定位：在线路图上根据设备名称搜索定位到设备点上，并闪
烁显示；点击线
路图上的设备可查看设备的属性信息：根据单击位置的坐标信息，在一定范围内查找
线路图上所有设备
五、架空线路故障检测原理及技术参数： 5.1架空器短路故障检测原理
a) It ≥160A It 为突变量电流启动值b) △I ≥1.5I0 I0为短路前线路电流
c) I ＝0A I 为线路发生短路故障后电流d) 3S ≥△T ≥0.06S △T 为突变电流保
持时间 5.2架空接地故障检测原理
a) 检测接地瞬间线路分布电容放电电流 b) 检测线路相电压的电压幅值 5.3技术参数：
● 适用电压等级：6－35KKV ● 适用线路负荷电流：0－1200A ● 适用导线直径：
8～28mm ● 短时耐受电流能力：31.5kA/2S ● 可动作次数：不小于3000次● 适用环
境温度：-35℃～70℃ ● 海拔高度：小于2000m ● 环境湿度：小于100% 5.4供电方式：
使用1500mAh/3.7V可充锂电池供电
充电方案采用太阳能充电。

充电后电源能够提供“故障指示器模块”和“通信模块”
共同使用。

● 防护等级：IP65 ● 重量：不大于500g
● 显示方式：就地翻牌显示，短信告警提示● 翻牌显示复位时间：线路恢复供电
后1分钟内
自动复位
● 装卸方法：使用专用安装工具。

可带电安装与
摘卸
5.5通讯解决方案：
在A 、B 、C 三相上分别挂装故障指示器，组成一组。

一组故障指示器由一个主站
及两个从站组成（即一托二方式）
从站与主站之间采用短距离无线通信方式。

主站与中心站之间采用GSM 通讯方式。

六、电缆线路故障检测原理及技术参数： 6.1电缆短路故障检测原理
e) It ≥160A It 为突变量电流启动值 f)
△I ≥1.5I0 I0为短路前线路电流
g) I ＝0A I 为线路发生短路故障后电流h) 3S ≥△T ≥0.06S △T 为突变电流保持时间 6.2电缆接地故障检测原理
检测接地零序电流
a) 报警电流：厂内10A ～100A 连续可调；出厂默认值为10A （出厂前整定） b) 延时：厂内40 ms～3S 可调，出厂默认80ms 6.3技术参数：
● 适用电压等级：6－35KKV
● 故障检测传感器适用线路负荷电流：0－
1200A
● 取电CT 适用线路负荷电流：10－630A ● 适用导线直径：18～53mm ● 短时耐受电流能力：31.5kA/2S ● 可动作次数：不小于3000次 6.4供电方式：
传感器采用在线取电方案。

主机采用CT 在线取电及AC220V 供电方式 6.5通讯解决方案：
在A 、B 、C 三相上分别挂装短路故障传感器及接地故障传感器，并与其配套的主机组成一组。

检测一条电缆线路的线路故障
一套主机可同时监测八条电缆线路。

（即一托八方式）
传感器与主机之间采用光纤线连接。

主站与中心站之间采用GSM 通讯方式。

● 适用环境温度：-35℃～70℃ ● 海拔高度：小于2000m ● 环境湿度：小于100% ● 防护等级：IP65 ● 重量：不大于500g
● 故障显示方式：短信告警提示
架空智能型故障指示器
电缆系统接地传感器电缆通讯监测装置
电缆系统短路传感器
电缆短路传感器
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