输电线路分布式故障精确定位系统技术说明书-电力技术开发有限公司

GJ-TEL3000
输电线路分布式故障精确定位系统
技术说明书V2.3
输电线路分布式故障精确定位系统输电线路分布式故障精确定位系统
技术说明书
关键词：输电线路在线监测行波测距故障定位
资料版本：V2.3
版本发布日期修订说明
V1.02015.1.13初始发布
V1.12015.1.18增加电缆型信号检测终端
V2.02015.5.23增加直流线路信号检测终端
V2.12015.5.29对部分装置技术参数进行了校正
V2.22015.6.23对部分装置技术参数进行了修正
V2.32015.8.17增加现场安装图
内容介绍
《输电线路分布式故障精确定位系统技术说明书》介绍了输电线路分布式故障精确
定位系统的特点、应用、结构及技术规格等。

本文分5章和附录：
●概述：简要介绍了输电线路故障精确定位的实际需求，以及解决方案。

●系统概述：介绍了系统的总体功能和基本工作原理。

●系统结构：介绍了输电线路分布式故障精确定位系统的系统结构，以及构成
系统和各子系统的软硬件产品配置及功能。

●配置方案：详细介绍了输电线路故障精确定位的系统针对不同线路结构的配
置应用方案。

●主要设备技术参数：介绍了输电线路分布式故障精确定位系统中各终端设备、
主站软件系统的功能和技术参数。

●附录 - 附录A：列出了本文档中所出现的英文缩略语，并给出其英文
全称和中文解释，方便读者查阅。

附录B：列出了系统配置清单和设备选型,以供用户进行系统配置和工程预算使用。

读者对象
本书适合下列人员阅读：
●工程技术人员
●物资采购人员
各类标志
本书还采用各种醒目标志来表示在操作过程中应该特别注意的地方，这些标志的
意义如下，正文中的各类警告、提示、说明等的内容一律采用楷体，并在内容前
后加横线与正文分开如下：
说明：
说明、提示、窍门、思考：对操作内容的描述进行必要的补充和说明。

注意：
小心、注意、警告、危险：提醒操作中应注意的事项。

第 1 章前言................................................................................................................. 错误！未定义书签。

1.1电网的发展及需求 (1)
1.2解决方案 (1)
第 2 章系统概述 (1)
2.1系统功能和应用范围 (1)
2.2基本工作原理 (1)
第 3 章系统结构 (4)
3.1系统构成 (4)
3.2通信规约 (5)
3.3信号检测终端配置与功能 (5)
3.3.1信号检测终端的配置选型 (5)
3.3.2信号检测终端主要功能 (6)
3.4主站系统结构和功能 (7)
3.4.1主站系统结构 (7)
3.4.2主站系统主要功能 (8)
第 4 章配置方案 (12)
4.1架空线路单线配置方案 (12)
4.2电缆线路单线配置方案 (13)
4.3架空和电缆混合线路配置方案 (13)
4.4架空T接配置方案 (13)
4.5电缆线路分支箱配置方案 (14)
第 5 章技术参数 (15)
5.1技术标准 (15)
5.2信号检测终端技术参数 (16)
5.2.1基本参数 (16)
5.2.2主要技术参数 (16)
5.3主站系统设备技术参数 (16)
附录A：缩略语 (18)
附录B：系统配置选型表 (19)
输电线路分布式故障精确定位系统第1章概述
第1 章概述
1.1 电网的发展及需求
近几年来，随着电网结构的发展和完善，电力线路的建设迅猛发展。

由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性：杆塔点多、面广、线长、线路走廊环境复杂、
终年暴露在野外等因素，除了要遭受恶劣自然天气的侵袭外，人为因素的外力破坏所
引起的线路跳闸、线路被迫停电事故的概率也呈上升趋势。

因此如何及时发现线路故
障，准确定位故障定位置，降低人工故障排查难度和成本，缩短故障查找时间，提高
供电安全性和可靠性，已成为线路管理和维护单位急需解决的问题。

1.2解决方案
随着计算机、通信和传感器等技术的快速发展，国内外科研机构、企业已经在输电线路故障定位技术方面进行了大量的研究和实践，例如：输电线路故障指示器、变
电站行波测距装置、变电站阻抗测距仪等等。

其中，输电线路故障指示器仅能自动定
位故障区段，无法有效确定故障点的精确位置，故障定位准确性取决于故障指示器的
安装密度，其准确度和实用性难以满足输电线路维护的要求。

而对于变电站阻抗测距
和行波测距方法的装置与系统，尽管从原理上可以准确定位故障点位置，但其实际应用
中，弱行波信号的有效提取、故障点反射波与对端母线反射波的有效识别和雷电干扰的有
效辨识和定位等问题很大程度影响了其定位准确性和效果。

为解决上述问题，我们研究了故障电流行波在输电线路上的传播特性，提出全新的分布式故障测距方法，就分布式故障测距方法中的折反射信号的识别、行波信
号奇异点确定、雷击干扰的辨识和定位、GPS/北斗定位与授时、太阳能和感应取电、
强电磁场中的无线通信等关键问题进行深入研究，研制出新一代的输电线路故障精确
定位装置及系统。

该系统不仅具有故障判断准确、故障定位精度高的技术优势，并且
针对各种线路情况提供了相应的硬件设备和解决方案。

输电线路分布式故障精确定位系统通过分布在输电线路线上的故障监测终端，实
现故障行波、折返射行波等信号的高频采样和快速录波，并通过主站后台软件系统，
1
输电线路分布式故障精确定位系统第1章概述快速准确的分析出故障类型、定位故障点位置。

同时该系统还支持web访问、计算机
图形展示、短信提醒等多种方式，使得运行维护人员能及时获取故障发生的时间、类
型和位置等相关信息，大大减轻了故障巡查工作的强度和成本、缩短了故障排查时间，
在有效提高供电可靠性的同时，也极大程度的降低了因故障停电事故所带来的直接和
间接经济损失。

图1-1检测终端装置带电安装现场图
2
输电线路故障精确定位系统第2章系统总介
第2 章系统概述
2.1 系统功能和应用范围
GJ-TEL3000 系统可以应用于各种电压、不同结构的线路：
1）主要功能：
-线路故障性质（如雷击，对树放电）、故障类型（如相间和单相故障）的检测和精确定位；
-故障电流检测；
-负荷电流测量；
-导线绝缘水平测量；
-导线温度测量；
-环境湿度测量；
-终端海拔、经纬度测量；
-导线弧垂测量。

2）适用电压等级：
-35kV~1000KV 电压等级交流输电线路；
-±400kV、±800kV 电压等级直流输电线路。

2）适用线路结构：
-双端架空线路；
-双端电缆线路；
-架空和电缆混合线路；
-T 接型线路。

2.2 基本工作原理
输电线路故障原因的准确辨识，对输电线路的维护，缩短线路停电时间有着重要意义。

由于输电线路在发生不同性质的跳闸故障时其线路上的故障电流行波呈现出不
同的电磁暂态特征，因此通过在线监测并提取输电线路故障电流的行波数据，分析其
电磁暂态特征，可以达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的；同时，
1
输电线路故障精确定位系统第2章系统总介对行波的极性进行分析判断，可得到短路故障类型。

1、雷击故障与非雷击故障行波差异
输电线路遭受雷击故障时流经线路的故障电流主要有两部分叠加而成，一部分雷电电流分流后直接进入线路的电流，另一部分是雷电流经杆塔入地后的反射波进入线
路的电流。

标准雷电流的波尾时间是50微秒，由于与大地反射波极性相反，两者叠加
后其峰值衰减加快，尾波时间变短。

因此雷击线路的故障电流的行波波尾时间小于50
微秒，实测一般在40微秒以内。

而输电线路在遭受污秽闪络、树木闪络等闪络及外力
破坏等非雷击故障后其闪络过程与交流电流的变化密切相关，电弧呈现熄灭重燃、延
伸收缩的变化，相比于雷击故障其电流暂态行波频率较低，这类故障电流行波波尾时
间较长，一般远大于40微秒。

2、雷击故障与非雷击故障判断
分布式输电线路分布式故障精确定位系统完整的记录了每次故障电流的暂态行波，软件系统通过分析电流暂态行波的差异确定故障是否属于雷击故障，若是雷击故
障则进一步确定是绕击还是反击，并利用各现场监测终端的行波数据与反射波的GPS
或者北斗时差来确定故障点的精确位置。

3、分段式故障精确定位方法
通过在输电线路上布置若干个现场监测终端将输电线路划分为若干个区间（每个区段长度≤30km），分别监测并记录各区间的故障数据和信号。

这种在线路中分散布
局而非在两端变电站集中布局的监测方式，不仅对输电线路长度、导线弧垂等影响监
测误差的固有参数进行了离散化监测，同时由于每个监测装置监测区段缩短可有效减
少小行波波速变化以及衰减等因素对故障精确定位的影响，从而大幅提高输电线路故
障定位的精度(故障定位误差≤300m)。

1）基于 GPS/北斗的双端检测法
2
2）基于 GPS/北斗的单端检测法
3
第 3 章系统结构
3.1 系统构成
输电线路分布式故障精确定位系统由行波信号检测终端（以下简称‘信号检测终端’）、主站系统和移动手持终端构成，如下图所示：
图 2-1 系统构成示意图
●信号检测终端：
信号检测终端安装在输电线路导线或杆塔上，每隔20~30km以上安装1套，实时检测导线上的行波信号，并通过GPRS发送至主站系统。

●主站系统：
-软件系统：故障分析和定位应用软件、数据库软件、操作系统、其它应用软件；
-硬件系统：应用服务器及其外设、数据服务器、数据网络通信设备、和人机交
互设备等。

●移动手持终端：
-3G 移动手持终端：智能嵌入式操作系统手持终端。

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3.2 通信规约
信号检测装置与系统主站之间的远程通信接口采用IEC61850、IEC104通信规约，也能够满足接入当前主流综合自动化及调度自动化系统的需要。

3.3 信号检测终端配置与功能
设计和生产多种型号的信号检测终端装置以满足各类电压等级、不同线路类型的交直流输电线路的应用要求。

这些信号检测终端安装在输电线路导线或杆塔上，主要实现以下故障所产生的行波信号的检测：
-雷击故障：监测、记录和上传输电线路中的雷击故障电流波形；
-（非雷击故障）单相和相间故障：监测、记录和上传输电线路中的暂态电流行波波形。

3.3.1 信号检测终端的配置选型
信号检测终端的配置与选型如表3-1所示。

表 3-1 信号检测终端配置选型表
序号产品名称产品型号电压等级线路类型配置数量备注
1KN-TFL110A 35kV~110k
交流架空线路 1 台检测 1 相导线V
架空型信
2KN-TFL1KA 220kV~100
1 台检测 1 相导线
号检测终交流架空线路
0kV
端
3KN-TFL01D ±400kV~±8
直流架空线路 1 台检测 1 根导线00kV
电缆型信
35kV~220k户外型电缆线1 台可最多接入 12 个考虑
4号检测终KN-TFLM01罗氏线圈电流互感精度
V路
端器，即可检测12根导时12
5
3.3.2信号检测终端主要功能
●实时监测功能
➢信号检测终端实时采集输电线路导线电流、海拔、经纬度，实时监测其变化
情况。

●定时数据采集与上传
➢信号检测终端定时向通信终端上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿
度等测量数据；
➢通信终端定时向系统主站上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿度等
测量数据。

●故障信号采集与上传
➢信号检测终端在条件触发后，完成电流的高速采样，记录故障电流波形和电
流行波波形，并上传给通信终端；
➢通信终端在收到信号检测终端故障波形数据后，进行数据筛选，将有效数据
上传给后台主站。

●数据存储和历史数据上传
➢通信终端支持最多2G Nand Flash和4G DDRII存储，标准配置为128M Nand Flash 和 2G DDRII 存储，标配可实现 10 万*12 条 SOE 事件记录和 333*12 个
完整波形数据存储（每次录波波形文件为32*12KB）；
➢通信终端不仅能线路故障主动上传监测数据，还能实时录波和测量，支持后
台主站远程手动调取数据的功能。

●设备自检
➢信号检测终端可定时采集和上传感应取电电流、GPS在线情况、电池/电容电
输电线路故障精确定位系统第3章系统结构压；
➢信号检测终端具有电池/电容电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强
度低等报警及信息上传功能；
➢通信终端可定时采集和上传太阳能供电电流（选配）、蓄电池电压、GPS 在线情况、短距离无线通信信号强度、GPRS接收信号强度（质量）等参
数；
➢通信终端具有蓄电池电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS
接收信号强度低（质量差）等报警及信息上传功能。

➢通信终端具备软硬件自检功能，可防止程序‘跑飞’或‘死锁’。

●本地和远程参数查询、修改与软件升级
➢可通过本地维护终端就地或通过系统主站与通信终端远程查询、修改信号检测终端相关参数，包括：
-定时数据采集与上传周期；
-蓄电池/超级电容电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低等报
警门限；
➢可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程更新综合数据处理单元的嵌入式软件，并查看和设置设备的基本参数，包括：
-终端装置设备ID；
-远端主站系统IP地址、端口号；
-定时数据上传时间间隔；
-设备自动重启时间间隔；
-蓄电池电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS接收信
号强度低（质量差）等报警门限；
➢可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程实现通信终端的软件升级。

3.4 主站系统结构和功能
3.4.1 主站系统结构
输电线路分布式故障精确定位系统可采用如下图所示建立完全独立的主站系统；
同时也可提供相应的SDK开发包(Windows Server 2008)，LINUX主站系统，以便与第三方主站系统进行集成。

7电线路故障精确定位系统第3章系统结构
图3-2 主站系统结构示意图
●信号检测终端通过GSM/GPRS移动蜂窝网APN通过安全信息平台接入局域网。

●局域网内用户可凭借相应的预设账号，采用IE浏览的方式访问主站系统的Web服
务器。

用户还可通过安全信息接入平台认证的智能手机或者其它移动终端，凭借相应的预设
用户帐号和密码，采用Web浏览的方式访问主站系统。

3.4.2 主站系统主要功能
输电线路故障精确定位监测系统后台分析和展示功能集成于输配电在
线监测系统中，不仅可以实现输电线路故障定位的分析、计算与展示，还可以接入其
它远方监测终端实现多种数据的监测和展示。

●实时数据展示功能
➢基于GIS数据库和地理位置图形，展示实际线路及线路走廊，并自动更新展示线路上检测终端所采集的最新运行状态、数据和报警信息；
➢自动更新展示远方终端系统自身运行状态和报警信息；
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输电线路故障精确定位系统第3章系统结构
➢根据远方终端系统自身海拔、经纬度信息，自动更新显示位置、数据库中的位置信息。

●远方终端设备参数配置和软件升级
➢支持通信终端、信号采集终端相关参数修改；
➢支持通信终端嵌入式软件升级。

●远方终端设备数据人工受控查询和采集
➢支持通信终端、信号采集终端相关参数查询；
➢支持通信终端存储卡中的历史数据调取；
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输电线路故障精确定位系统第3章系统结构
●数据查询、统计和报表打印
➢支持多种图形方式的历史报警信息、历史测量数据的查询、统计和报表输出；
➢支持远方终端设备各种参数的查询和统计。

●Web 访问
➢ 同一局域网内的用户，可通过账户和密码登录方式，采用 Web 访问完成实时
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输电线路故障精确定位系统第3章系统结构数据浏览、参数设置、数据查询、数据统计等各项功能。

●报警短信转发
➢可在系统主站软件中预设多个短信号码，主站软件可将分析得出的报警信息以短消息型式自动转发至装有预设号码的手机上上。

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输电线路故障精确定位系统第3章配置方案
第4 章配置方案
4.1 架空线路单线配置方案
对于架空线路，在电源测各设一个监测点，并可在线路上灵活配置监测点位置和数量，相邻两个检测点距离不小于5km，不高于30km。

每个监测点安装一组架空型信
号检测终端，每组3台信号检测终端，分别安装在三相导线上。

图4-1架空线路单线配置示意图
图4-2架空线路220kV线路现场图
12输电线路故障精确定位系统第3章配置方案
4.2 电缆线路单线配置方案
对于电缆线路，在电缆线路两端各设一个监测点，两个监测点距离不小于5km。

每个监测点安装1台电缆型信号检测终端，电缆型信号检测终端可安装在线杆上或分
支箱中。

每台信号检测终端可接入12只罗氏线圈电流互感器，可同时同步测量3条电
缆线路。

图4-3 电缆线路单线配置示意图
4.3 架空和电缆混合线路配置方案
对于架空和电缆混合线路，分别按照4.1.1和4.1.2进行配置。

图4-4架空和电缆混合线路配置示意图
4.4 架空T接配置方案
对于架空线的T接线路，在干线和各分支上均分别作为单线线路按照 4.1中的配置
方案进行配置。

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图4-5架空T接线路配置示意图
4.5 电缆线路分支箱配置方案
在电缆线路分支箱中，安装1台电缆型信号检测终端，可配置最多12路罗氏
线圈电流互感器。

图4-6电缆线路分支箱配置示意图
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第 5 章技术参数
5.1 技术标准
表4-1 列出了输电线路分布式故障精确定位系统所遵循的主要技术标准。

表4-1 装置遵循的技术标准和规范
序号标准号标准名称
1GB 191—2008包装储运图示标志
2GB/T 4208—2008外壳防护等级(IP代码)
3GB 50198民用闭路监视电视系统工程技术规范
4GB 50545110kV～750kV 架空输电线路设计规范
5GB/T 2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温
6GB/T 2423.4—2008电工电子产品基本环境试验规程试验Db：交变湿热试验方法
7GB/T 2423.10—2008电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Fc和导则：振动(正弦)
8GB/T 2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温9GB 2894—2008安全标志及其使用导则
10GB/T 2887—2000电子计算站场地通用规范
11GB/T 6587.6—1986电子测量仪器运输试验
12GB/T 6587.7—1986电子测量仪器基本安全试验
13GB/T 6593—1996电子测量仪器质量检验规则
14GB/T 11463—1989电子测量仪器可靠性试验
15GB/T 14436—1993工业产品保证文件总则
16GB/T 15844.1—1995移动通信调频无线电话机通用技术条件
17GB/T 16611—1996数传电台通用规范
18GB/T 16927.1—2006高电压试验技术第一部分：一般试验要求
19GB/T 17626.2—2006试验和测量技术静电放电抗扰度试验
20GB/T 17626.3—2006试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
21GB/T 17626.8—2006试验和测量技术工频磁场抗扰度试验
22GB/T 17626.9—1998试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验
23YD/T 799—2010通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法
24YD/T 1028—1999800MHz CDMA 数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：移动台部分
25YD/T 1214—2006900/1800MHz KNMA 数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务(GPRS)设备技术规范：移动台
26DL/T 741—2010架空送电线路运行规程
27DL/T 5092—1999110kV～500kV 架空送电线路设计技术规程
28Q/GDW 245－2008架空输电线路在线监测系统通用技术条件
29GB/T 3482—2008电子设备雷击试验方法
30GB/T 6587.8—1986电子测量仪器电源频率与电压试验
31GB/T 15844.1—1995移动通信调频无线电话机通用技术条件
32GB/T 16611—1996数传电台通用规范
33GA/T 70—2004安全防范工程费用概预算编制办
34GA/T 75—1994安全防范工程程序与要求
35GA/T 367—2001视频安防监控系统技术要求
36YD/T 799—2010通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法
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输电线路故障精确定位系统第5章技术参数5.2 信号检测终端技术参数
5.2.1基本参数
1)工作环境(户外)
●环境温度：-40℃～+75℃；
●相对湿度：5％RH～100％RH；
●大气压力：550hPa～1060hPa；
2)使用寿命：≥8年；
5.2.2主要技术参数
1）同步采样通道数量：12 路，考虑精度时 12 路测量；
2）电流采样频率：800KHz；
3）电流录波：100ms 内连续采集不少于 10 个行波；
4) 数据存储容量：Flash ROM 128M；DDRII 2G；
5 ) GPS 时钟精度：绝对误差≤30ns，一致性误差≤10ns；
6)数据上传方式：GPRS、RS232、Ethernet(JR45)；
7)数据定时上传时间间隔：5~60min（可设），步进：5min，推荐：30min；
8)工作电源：太阳能供电（选配）+感应取电+法拉电容+可充电锂电池；
9）太阳能板功率（选配）：4W/12V；
10）感应取电功率：5W~15W （负荷电流 30A 以上）；
11) 适用线路电压：交流 35kV~1000kV；直流±400kV~±800kV。

具体型号详见附录 B：
系统配置选型表。

5.3 主站系统设备技术参数
提供输电线路分布式故障精确定位系统主站供用户的远端终端系统接
入，其主要设备参数如下：
1)数据通信设备
●数据通信方式：电信VPN专网，固定IP；
●双向数据带宽：10M独享；
16
输电线路故障精确定位系统第5章技术参数
●防火墙：中国电信企业防火墙。

2)服务器
服务器型号：IBM System x3850 X5，4U机架式；
●CPU 型号：X86，Intel Xeon E7-4807；
●CPU 主频：1.86GHz，1.5G－2.0G 以下；
●CPU 数量：4 个；
●扩展插槽：7个PCI Express扩展插槽；
●内存类型和容量：DDR3，1TB；
●硬盘容量：4.8TB；
●网络控制器：双千兆以太网。

3)操作系统
●凝思LINUX操作系统或WIN8系统；
●数据库：SQL、ORACLE、达梦、金仓。

4)软件平台
●GJ-TEL30000 通用平台；
●云计算平台。

检测终端
输电线路故障精确定位系统附录A
附录A：缩略语
18输电线路故障精确定位系统附录B
附录B：系统配置选型表
序设备/组件规格、单
设备名称组件名称数量其它要求号型号位
1
架空型信号架空型信号KN-TFL110A台
2KN-TFL1KA台检测终端检测终端
3KN-TFL01D台4电缆型信号KN-TFLM01台5电缆型信号检测终端KN-TFLM02台
6检测终端罗氏线圈电
KN-DCT204个
流互感器
7服务器-台8短信收发器-台系统主站输电线路故
9障精确定位GJ-TEL3000套
软件
19。