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一遙型高壓線路故障檢測及自動定位系統(tǒng)
(北京中凱科電電力技術(shù)有限公司)
一、系統(tǒng)概述及特點
1.1概述
傳統(tǒng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)采用饋線自動化FA實現(xiàn)故障定位、隔離和非故障區(qū)域自動恢復(fù)供電，但這種方式投資大、設(shè)備多、光纖通訊費用昂貴，適合多聯(lián)絡(luò)、多分段且一次設(shè)備具備電動操作機構(gòu)和受控功能的配電網(wǎng)，但我國農(nóng)村配電網(wǎng)的情況是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，并且大多是輻射狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，屬于不具備電動操作機構(gòu)和受控功能的配電網(wǎng)，因此這些地區(qū)適合采用簡易型配電自動化系統(tǒng)。簡易型配電自動化系統(tǒng)是基于就地檢測和控制技術(shù)的一種系統(tǒng)。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(xiàn)場巡視線路上的指示器是否翻轉(zhuǎn)變色來判斷線路是否發(fā)生故障（也可將故障指示信號上傳到相關(guān)的主站，由主站來判斷故障區(qū)段）。
故障自動定位系統(tǒng)就是一種簡易型的配電自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了現(xiàn)代故障指示器技術(shù)、GSM通信技術(shù)和分布式等技術(shù)，形成了一套自動高效的故障檢測以及定位系統(tǒng)。主要用于配電系統(tǒng)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(fā)生故障時，智能故障定位系統(tǒng)的監(jiān)控主站與現(xiàn)場大量的故障監(jiān)測點相配合，在故障發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)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(guān)值班員，幫助維修人員迅速趕赴現(xiàn)場，隔離故障段，恢復(fù)正常供電。
1.2系統(tǒng)特點
為供電企業(yè)提供一套以故障定位為核心功能的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過低廉的成本實現(xiàn)配電網(wǎng)的故障信號采集、故障區(qū)段定位，降低配電網(wǎng)線路的故障查找時間和查找成本，加快供電恢復(fù)，從而提高供電可靠性。
結(jié)合農(nóng)村配電網(wǎng)現(xiàn)狀，提出一套簡易型配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)模式，該模式適用于簡單接線的城鄉(xiāng)配電線路（含單輻射配電線路）和城市中無專門通信條件區(qū)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(jù)開關(guān)裝置變位信號，在線路圖故障分析線程結(jié)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(fā)拓撲分析功能，此時故障定位服務(wù)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(jié)構(gòu)，以組件的方式實現(xiàn)系統(tǒng)功能。如果將所有組件都部署于服務(wù)器就容易造成服務(wù)器資源短缺，系統(tǒng)瓶頸的問題，所以采用分布式結(jié)構(gòu)，以組件的形式實現(xiàn)系統(tǒng)功能，可將組件部署于多臺服務(wù)器，通過消息機制建立組件間的松散耦合關(guān)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(jiān)測采用B/S三層架構(gòu)實現(xiàn)，并在此架構(gòu)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(shè)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(shè)備具備可靠的絕緣、耐溫、抗沖擊、減振、防潮、防水、防塵、耐化學(xué)腐蝕性能。
采用太陽能充電配合超容組件，無需外接電源，續(xù)航能力強。
低功耗電路設(shè)計和穩(wěn)定的休眠召喚機制，保障了設(shè)備可以在無陽光環(huán)境下連續(xù)工作30天以上。
設(shè)備采用統(tǒng)一外觀設(shè)計，安裝方式簡便，在帶電狀態(tài)下進行安裝。
二、系統(tǒng)組成
故障自動定位系統(tǒng)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(tǒng)。
通訊系統(tǒng)分為：主站與從站之間的短距離通信系統(tǒng)、主站到中心站的GSM(手機短消息)通信系統(tǒng)和中心站到主站之間的串行(或網(wǎng)絡(luò))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(tǒng)）、光纖（電纜系統(tǒng)）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(tǒng)簡介
3.1故障檢測單元結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)可分為三層：設(shè)備基礎(chǔ)層、通信采集層、智能應(yīng)用層。
設(shè)備基礎(chǔ)層即故障檢測單元的硬件設(shè)備層，設(shè)計上采用新型高精度電流傳感器，關(guān)鍵部件采用一體化封裝技術(shù)成型，設(shè)計、焊接、裝配工藝標準化流水式作業(yè)，保障了設(shè)備具有良好的防護和電磁兼容特性，能夠滿足現(xiàn)場惡劣的運行環(huán)境；
通信采集層包括設(shè)備通信模塊及主站接收模塊，設(shè)備通信模塊采用低功耗設(shè)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(yīng)供給能量來使設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無源化安裝；
智能應(yīng)用層即主站應(yīng)用系統(tǒng)，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(shù)據(jù)采集規(guī)模而定的采集子系統(tǒng)、故障定位拓撲分析和相應(yīng)的管理功能，并能夠與其他電力生產(chǎn)、信息系統(tǒng)實現(xiàn)基于信息交互總線的數(shù)據(jù)交互。
系統(tǒng)架構(gòu)圖
3.2工作原理
在配電網(wǎng)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(tài)，當(dāng)有短路或者接地故障發(fā)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(fā)送到故障指示系統(tǒng)主站，由主站系統(tǒng)軟件對各個故障診斷裝置的上報信號進行匯總分析。實現(xiàn)判定故障位置、確定網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，并將相關(guān)結(jié)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(tǒng)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(dǎo)線、絕緣導(dǎo)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(nèi)或是站外
主干線和分支處：判斷故障所在的分支或區(qū)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(jiān)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(shù)據(jù)。
故障定位功能：結(jié)合圖形系統(tǒng)和拓撲關(guān)系，綜合各個線路故障檢測單元的故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)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(qū)、行業(yè)等進行統(tǒng)計。
設(shè)備管理功能：實現(xiàn)故障檢測單元的管理。包括臺帳、安裝地點、手機號碼等內(nèi)容的錄入、查詢、瀏覽等功能。
四、系統(tǒng)功能
4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由線路故障檢測單元和故障定位主站構(gòu)成。
系統(tǒng)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(tài)，實現(xiàn)線路加電、停電、短路和接地故障的具備傳統(tǒng)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(shù)要能夠讀取/設(shè)置：
與主站聯(lián)系的周期：通信模塊要每隔一定的時間周期（以24h及其倍數(shù)為周期）向主站發(fā)送聯(lián)絡(luò)信息，主站以此確認通信模塊的工作狀態(tài)是否正常。
參數(shù)設(shè)置方式：
支持遠程短信設(shè)置。
通信模塊部分要采用低功耗設(shè)計：
當(dāng)“匯報周期”未到且沒有故障事件的時候，模塊處于休眠狀態(tài)
具備短信喚醒功能：
當(dāng)用戶需要查詢/設(shè)置參數(shù)的時候，通過特殊的短信，可以使通信模塊由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，以方便用戶進行參數(shù)的查詢/設(shè)置
4.3通訊技術(shù)參數(shù)
低功耗與外部充電結(jié)合設(shè)計，以保證應(yīng)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(shè)備四級標準）
抗快速瞬變脈沖群干擾（電力遠動設(shè)備二級標準）
抗靜電放電干擾（電力遠動設(shè)備二級標準）
抗工頻磁場干擾（電力遠動設(shè)備四級標準）
4.4電網(wǎng)基本信息維護
繪制電網(wǎng)的線路圖
實際的故障定位器會安裝在線路上，因此實現(xiàn)智能故障定位系統(tǒng)之前首先需要繪制一張具有電網(wǎng)連接關(guān)系的線路圖。線路圖應(yīng)該是一張矢量圖，描述電力圖元之間的連接關(guān)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(shù)據(jù)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(wǎng)設(shè)備信息管理：包括終端和電網(wǎng)一次設(shè)備的信息管理
4.5數(shù)據(jù)采集
主站通過短信貓接收故障檢測單元發(fā)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(fā)功能
故障檢測單元通過發(fā)短信的方式向主站發(fā)送數(shù)據(jù)，主站通過短信的形式控制故障檢測單元，因此主站應(yīng)具有短信收發(fā)的功能，并通過短信貓的方式來接收和發(fā)送短信。發(fā)送短信時可群發(fā)給多個短信貓
數(shù)據(jù)解析
對接收到的報文進行解析；向故障檢測單元發(fā)送設(shè)置報文
數(shù)據(jù)存儲
將主站收到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中
4.6故障定位
拓撲分析功能
根據(jù)線路圖的連接關(guān)系和開關(guān)的實時狀態(tài)建立拓撲關(guān)系。當(dāng)采集到開關(guān)變位裝置短信后，此時啟動時限控制，可自動對電網(wǎng)進行拓撲分析。還可以在頁面上手動進行電網(wǎng)拓撲分析功能。
自動進行故障定位
結(jié)合圖形管理和電網(wǎng)拓撲關(guān)系功能，綜合各故障診斷裝置的故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)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(xiàn)故障信息，在主站系統(tǒng)中可聲音告警給用戶 。
頁面告警
如果故障檢測單元出現(xiàn)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(xiàn)故障信息，將故障源以短信的形式發(fā)送給線路管理人員
4.8故障關(guān)閉
當(dāng)用戶收到故障源信息并在解除故障后，應(yīng)將故障源關(guān)閉
在線路圖上將閃爍的故障源關(guān)閉
線路管理人員通過發(fā)短信的形式關(guān)閉故障源
4.9運行狀態(tài)監(jiān)視
服務(wù)器工作狀態(tài)監(jiān)視
所有服務(wù)器的工作狀態(tài)，服務(wù)器包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、采集服務(wù)器、主站服務(wù)器
智能終端的狀態(tài)監(jiān)視
即故障檢測單元的狀態(tài)監(jiān)視。
短信貓的狀態(tài)監(jiān)視
即監(jiān)視服務(wù)器端所有短信貓的狀態(tài)。
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(jù)配置文件，默認添加故障檢測單元對應(yīng)的點號
一次設(shè)備管理
開關(guān)基本信息維護：添加、修改、刪除，搜索功能
根據(jù)配置文件，默認添加開關(guān)對應(yīng)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(fā)管理
故障檢測單元命令設(shè)置
開關(guān)命令設(shè)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(yīng)的點號信息
線路信息管理
圖形管理
4.11權(quán)限管理
功能管理
此模塊主要負責(zé)對資源權(quán)限進行管理。管理員可以在粗細粒度下對資源權(quán)限進行管理。用戶可以對創(chuàng)建的資源實例進行權(quán)限的管理。
角色管理
此模塊主要負責(zé)對角色進行相應(yīng)的管理（包括添加、刪除、修改）；對角色所擁有的權(quán)限進行相應(yīng)的管理（包括授予、刪除所擁有的權(quán)限）；對用戶和組賦予相應(yīng)的角色等等
人員管理
此模塊主要負責(zé)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(guān)狀態(tài)
拓撲分析功能
定時向服務(wù)器請求動態(tài)數(shù)據(jù)，將實時數(shù)據(jù)動態(tài)顯示在頁面中；
故障區(qū)段和影響區(qū)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(qū)域；
根據(jù)出故障頻率在線路圖上標識；
可實現(xiàn)根據(jù)屬性信息定位：在線路圖上根據(jù)設(shè)備名稱搜索定位到設(shè)備點上，并閃爍顯示；
點擊線路圖上的設(shè)備可查看設(shè)備的屬性信息：根據(jù)單擊位置的坐標信息，在一定范圍內(nèi)查找線路圖上所有設(shè)備
五、架空線路故障檢測原理及技術(shù)參數(shù)：
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(fā)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(shù)參數(shù)：
適用電壓等級：6－35KKV
適用線路負荷電流：0－1200A
適用導(dǎo)線直徑：8～28mm
短時耐受電流能力：31.5kA/2S
可動作次數(shù)：不小于3000次
適用環(huán)境溫度：-35℃～70℃
海拔高度：小于2000m
環(huán)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(fù)位時間：線路恢復(fù)供電后1分鐘內(nèi)自動復(fù)位
裝卸方法：使用專用安裝工具�？蓭щ姲惭b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(shù)有限公司
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