配电线路故障定位及在线监测系统技术方案
作者：北京蓝派克电力科技有限公司时间：2012-03-08 我要发布
总 则
1．本“规范书”明确了某城市供电公司配电线路故障定位及在线监测（控）系统的技术规范。
2．本“技术规范书”与商务合同具有同等的法律效力。
1.1 系统概述
配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外破、虚接、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。
配电线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于中高压输配电线路上，可检测短路、接地、断线、过温等故障并指示出来，可以实时监测线路的正常运行情况和故障发生过程。该系统可以帮助电力运行人员实时了解线路上各监测点的电流、电压、温度的变化情况，在线路出现短路、接地等故障以后给出声光和短信报警，告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行故障抢修处理。主站SCADA系统除了显示线路故障电流途径和位置，还能显示线路负荷电流、零序电流、线路对地电压、暂态接地电流的变化情况并绘制历史曲线图，用户根据需要还可以增加开关位置遥信采集、开关遥控等功能。
故障定位及在线监测（控）系统还可以提供瞬时性短路故障、瞬时性和间歇性接地故障、瞬时性过温的在线监测和预警功能，以及故障后事故分析和总结功能。
1.2 总体要求
1.2.1 当线路正常运行时：系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、暂态接地电流、线路对地电压、导线接头温度等线路运行信息以及太阳能充电电压、后备电池电压等设备维护信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关实时信息和历史数据。为及时掌握线路故障前的运行状态，保证线路正常运行，避免事故发生，并为在线调整故障检测参数提供技术手段。
1.2.2 当线路发生故障时：系统能够及时判断出短路、接地、过流、过温故障点，并将动作信号、故障电流、故障电压、报警温度等故障信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关历史数据和故障信息。为方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大。
1.2.3 故障定位应准确，不应有误动和拒动。当误发或拒发动作信号时，可在线调整数字故障指示器的故障检测参数，并通过主站收集到的故障电流、电压历史曲线来辅助分析判断故障的位置。
1.2.4 主站软件应运行可靠，使用简单，维护方便。
1.2.5 现场设备采用太阳能电池板或开口CT取电，运行稳定可靠。
1.2.6 实时运行数据（历史曲线）和故障信息（SOE记录）可以在电脑上查询，也可以在手机上获悉故障定位信息，也可以在现场确认，整个系统的运行应能够保持各方获得的信息一致，并且符合实际情况。
1.3 供货清单
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配电线路故障定位及在线监测系统设备配置清单
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名称
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型号
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数量
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主站
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主站软件（SCADA/FA-WEB）
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LPK-1000
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1套
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主站硬件（DELL 380MT）
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主站短信猫
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在线监测单元
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“四遥”数字故障指示器
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LPK2-TA
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600只
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远程通讯终端
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数据采集器
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LPK-DCU1
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26台
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远程通讯终端
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数据采集器（带开关遥信采集和开关遥控）
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LPK-DCU3
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24台
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备注：
1、1台数据采集器标配3～9只“四遥”数字故障指示器，特殊场合可配30只。
2、如果线路平均负荷电流低于30A，须将本地无线发射功率设置为11dbm。此时，本地无线组网可靠通讯距离（半径）为30～60米，空旷、没有无线干扰场合下可达60～100米。
3、如果线路平均负荷电流高于30A，可将本地无线发射功率设置为20dbm。此时，本地无线组网可靠通讯距离（半径）为60～100米，空旷、没有无线干扰场合下可达100～300米。
4、主站硬件根据在线监测（控）点的具体数量进行灵活配置。
1.4 标准和规范
1.4.1 除本技术规范书特别规定外，供应商所提供的设备均按下列标准和规定进行设计、制造、检验和安装。
1.4.2 本技术规范书是参照以下标准制定的，投标的系统和设备符合本技术规范的要求，本技术规范未作规定的要求按照下述标准执行。
ISO--------国际标准化组织标准
IEC--------国际电子技术委员会标准
ITU-T------国际电信联盟标准
IEEE-------美国电气电子工程师协会标准
EIA--------电子工业协会标准
GB---------中华人民共和国国家标准
DL---------中华人民共和国电力行业标准
1.4.3 数字故障指示器符合如下标准要求：
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》
《配电线路故障指示器技术规范》（2010年） 国家电力公司农电部、科技部
1.4.4 线路故障定位及在线监测（控）系统符合如下通信标准要求：
1）DL5003-91 《电力系统调度自动化设计技术规程》
2）DL 5002-91 《地区电网调度自动化设计技术规程》
3）DL/T 635-1997 《县级电网调度自动化系统功能规范》
4）DL/T 789-2001 《县级电网调度自动化系统实用化要求及验收》
5）DL/T814-2002 《配网自动化系统功能规范》
6）DL/T721-2000 《配网自动化系统远方终端》
7）《农网自动化及通信系统建设技术指导意见（试行）》（2002年） 国家电力公司农电部 [农电2002-32号]
8）《国家电网公司县城电网建设与改造技术导则》（2003年） 国家电力公司农电部、科技部
9）《配电系统自动化规划设计导则》 中国电机工程学会城市供电专业委员会
10）《10千伏配网自动化发展规划要点》 国电公司发输电运营部
11）《远动设备及系统-传输规约：第101篇 基本远动任务配套标准》（IEC60870-5-101规约）
12）《远动设备及系统-传输规约：第104篇采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问》（IEC60870-5-104规约）
13）《配电线路故障指示器技术规范》（2010年） 国家电力公司农电部、科技部
1.5 工作原理
系统采用以下原理工作，当线路发生故障时，线路中会流过稳态和暂态故障电流并且线路电压会发生改变，导线接头的温度也会发生变化，根据这些电流电压温度异常现象可以判断该位置的线路是否发生故障。
1.5.1永久性相间短路故障检测判据
线路发生相间永久性短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障点连接的回路上会流过很大的电流，同时变电所的继电保护装置会按照速断、过流定值启动保护，使得线路跳闸断电。
永久性短路故障采用自适应负荷电流的过流突变判据时，应有4个条件：
（1）线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟
（2）线路中出现100A以上的突变电流，或者超过设定的短路故障检测参数（标准的速断、过流定值）
（3）大电流持续时间不超过10秒钟，即0.02s≤△T≤10S，△T为电流突变时间
（4）10秒钟后线路处于停电（无流、无压）状态
以上四个条件同时满足，数字故障指示器判断该位置的线路后出现永久性或瞬时性短路故障。
1.5.2单相接地故障检测判据
线路发生单相接地时，根据不同的接地条件（例如金属性接地、高阻接地等），会出现多种复杂的暂态现象，包括出现线路对地的分布电容放电电流、接地线路对地电压下降、接地线路出现5次和7次等高次谐波增大，以及该线路零序电流增大等。
综合以上情况，架空线路的单相接地判据如下：
（1）线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟
（2）线路中有突然增大的杂散电容放电电流，并超过设定的接地故障检测参数（接地电流增量定值）
（3）接地线路电压降低，并超过设定的接地故障检测参数（线路对地电压下降比例、对地电压下降延时）
（4）接地线路依然处于供电（有电流）状态
以上四个条件同时满足时，数字故障指示器判断该位置后面有单相接地故障。
对于三相电缆线路，可以通过监测稳态零序电流大小来检测单相接地故障，同时通过“捕捉”暂态零序突变电流的大小来辅助判断单相接地故障。三相电缆接地故障判据为：
（1） 零序电流速断或过流启动（两段式）：0～60A/0～9.99S（在线可设）；出厂默认参数为速断10A/500ms、过流5A/1S。
（2） 暂态零序电流增量启动：0～100A/0.01～3ms（在线可设），本地不指示，只上报接地故障电流。出厂默认参数为零序暂态电流增量为30A。
（2） 暂态零序电流增量启动：0～100A/0.01～3ms（在线可设），本地不指示，只上报接地故障电流。出厂默认参数为零序暂态电流增量为30A。
1.5.3过流
雷击、外破、线路瞬时故障等原因，造成线路瞬时过流跳闸，但又恢复正常供电,没有造成永久短路。 其故障判据与永久性故障判据一致。瞬时性故障动作以后，可以通过主站系统遥控复归，不必等到24小时以后才定时复归。
1.5.4瞬时性接地故障查找
对于架空线路，通过数字故障指示器捕捉并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的暂态接地电流、线路对地电压，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。
对于电缆线路，通过数字故障指示器捕捉并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的暂态零序电流、电缆头对地电压，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。
1.5.5导线接头温度检测原理
采用高性能的温度探头来监测导线的温度。温度探头由温度传感器芯片、圆筒形金属壳体和内部填充物组成，壳体内部填充物为绝缘性高和导热性好的石英粉，壳体表面使用环氧树脂固封。温度探头安装在数字故障指示器的顶部灌胶面上，并由灌胶固定。温度探头的裸露部分套在导热金属板上，数字故障指示器安装架空导线或电缆接头上时，导线会直接压住金属导热板上，导线温度经过金属导热板直接传导给温度探头。温度探头产生的电流信号经过信号检测电路，直接传到低功耗单片机进行A/D采样，最后计算出温度值。
温度传感器芯片的测温范围为-55～150℃，测温精度为±1℃。数字故障指示器每1～5分钟测量一次温度并主动上报，或被数据采集器巡检。
为了测电缆头的温度，电缆型“四遥”数字故障指示器还可以引出带高温屏蔽线的温度探头，用高温扎带将温度探头捆扎在电缆头上即可。
1.6 主站系统
主站系统主要实现数据采集与控制SCADA、馈线自动化FA、故障定位FLS、远程浏览WEB、与其它系统（GIS等）接口功能。
1.6.1功能要求
u 数据采集
u 数据处理（包括计算量的处理）
u 控制和调节（可选）
u 事件顺序记录（SOE）及报警处理
u 系统时钟和时钟同步（可选）
u 网络拓扑和动态着色
u 历史曲线
u 故障信息实时检测和故障定位
u 故障报警信号纠错和补漏
u 无人值班短信通知
u 权限管理
u 通道监视与统计
u 运行状况WEB浏览（可选）
u 故障通知和故障信息WEB浏览（可选）
u 运行数据和故障信息通过WEB历史查询（可选）
u 向GIS系统转发“二遥”实时数据（可选）
u 接收并执行GIS系统下发的遥控、遥调命令（可选）
1.6.1主要性能
1.6.1.1 主站系统容量
u 数字量 10000
u 模拟量 10000
u 累加量 10000
u 遥控量 1000
u 虚拟量 10000
u 转发量 10000
u 监测（控）点数量 254
1.6.1.2 主站系统可靠性
u 遥测合格率＞98%
u 遥信准确率＞99%
u 遥控正确率＞99.99％
u 遥调正确率＞99.99％
1.6.1.3 主站系统实时性（GPRS通讯方式）
u 遥信量变化传送 ≤5秒
u 遥测量变化传送 ≤1～5分钟
u 遥控命令响应时间 ≤10秒
u 故障定位响应时间 ≤5分钟
u 事故推画面时间 ≤3秒
u 调用画面响应时间 ≤2秒
u 画面自动刷新周期 ≤5秒
1.7 数据采集器
主要用于10kV配电线路，通过短距离无线跳频通讯方式，实时采集附近100米范围内安装的3～9只数字故障指示器的运行数据和故障信息（线路对地电压、负荷电流、暂态接地电流、故障电流、短路报警标志、接地报警标志、稳态零序电流、导线温度等）以及数据采集器本身的运行状态（太阳能取电电压、电池电压等），然后将打包数据通过GPRS通讯方式发送到远程主站系统进行分析和处理。
DCU1基本配置：20W太阳能板、20VA开口CT或开关内置CT取电装置； 7.2Ah/12V铅酸蓄电池或锂电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边100米范围内3～30只LPK2-A双向无线通讯的“四遥”数字故障指示器（强化实时在线监测和故障定位功能）,相当于同时实现多达10条线路的故障定位和实时在线监测功能。
DCU3基本配置：30W太阳能板、40VA开口CT或开关内置CT取电装置；7.2Ah/24V铅酸蓄电池组或锂电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边100米范围内3～30只LPK2系列带双向无线通信的“四遥”数字故障指示器（强化实时在线监测和故障定位功能）。适用于任何户外电动开关[须将手动或者220V交直流储能电机改为DC24V直流电机]，无须安装电源PT、三相五柱信号PT、三相测量和保护CT、零序CT，而无论线路有电还是停电，都可以轻松实现开关的远程【通过GPRS和主站软件】、近距离500米范围内【通过RF无线模块】进行开关遥控操作。相当于同时实现10条线路的故障定位和实时在线监测功能，以及两台同杆架设开关的电机储能、开关遥控和遥信等配网自动化功能。
1.7.1功能要求
u 体积小，重量轻，带电装卸
u 功耗低，采用太阳能电池板或开口CT取电，带后备电池，无太阳或停电以后RF和GPRS可在线7天
u 通过无线跳频或GPRS通讯，可在线设置参数
u 遥控数字故障指示器翻牌/复归、指示灯点亮/熄灭
u 防死机和少维护设计
u 对上采用GPRS通讯方式和标准101通讯协议
u 对下采用无线跳频通讯方式，带CRC校验和数据加密的跳频协议
u 可扩开关位置遥信采集和开关遥控功能
1.7.2主要性能
u 电源：标配18V/20W太阳能电池板组件或20VA开口CT取电装置
u 电池：标配7.2Ah/12V铅酸蓄电池或锂电池
u 整机静态平均功耗：＜55mA/3.6V
u 整机动态平均功耗：＜80mA/3.6V（每分钟发送一次RF和GPRS数据时）
u 遥测：电流精度为±1.5%（200A额定电流时）或者±1A（电流小于20A时）；电压线性度优于±5%；测温精度为±1℃（-55～150℃）。
u 开关遥控[可选]：4路16A/30VDC继电器空接点输出，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥控电源和开关操作电源
u 开关遥信[可选]：6路1～15mA/30VDC开关位置辅助接点输入，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥信电源
u 遥调：远程设置1～9只数字故障指示器和数据采集器本身的参数
u 通讯频率（短距离无线）：420～440MHz（64个独立调频信道，自动跳频），40kbps通讯速率（双向），30～300米通讯距离可调（灌胶以后、双向通讯，20dbm，）
u 带数字故障指示器数量：3～9只（架空），可扩30只
u 重量：＜5kg（不带开关遥信和遥控），25 kg（带开关遥信和遥控）
u 尺寸（高×宽×厚）：＜150mm×250mm×200m（DCU1，不带开关遥信和遥控），＜450×300×200mm（DCU3，带开关遥信和遥控），
u 设计寿命：8年以上（电池除外）
u 环境温度：-25℃～70℃
u 环境湿度：5～95%
u 防护等级：IP55
u EMC等级：±8kV静电放电，±4kV雷击浪涌（开口CT取电时）
1.8 数字故障指示器
用于10kV小电流接地系统，准确检测线路短路、接地故障并给出翻牌和闪灯指示，可采集【或捕捉】到线路负荷电流、暂态接地电流、线路对地电压、稳态零序电流、暂态零序电流、导线（含电缆头）温度等实时数据和故障信息。同时具备故障定位及在线监测（控）系统无线调频通讯接口，为人工参与分析、判断单相接地故障点，实现在线检测瞬时性短路、接地故障，在线监测亚健康运行状态，并可远程调整短路和接地故障检测参数。
1.8.1功能要求
u 小体积和微功耗设计
u 从高压导线小负荷电流开始取电
u 检测相间短路故障
u 检测小电流接地系统单相接地故障
u 监测线路负荷电流、零序电流
u 监测线路暂态接地电流
u 监测线路（或电缆头）对地电压
u 监测线路（或电缆头）对地电压
u 本地无线跳频通讯，报警信号和故障动作电流主动上报
u 通过无线跳频通讯，可在线调整故障检测参数
u 通过无线跳频通讯，可在线校准电流精度
u 本地翻牌、闪灯显示
u 定时和遥控复归
u 防死机和免维护设计
u 带电装卸
1.8.2技术参数
u 电源：4.8～6.5Ah/3.6V长寿命一次性锂亚电池
u 取电功率：50uA～100mA/3.6V(对应一次负荷电流10A-600A)
u 静态平均功耗：50uA/3.6V
u 动态平均功耗：80uA/3.6V（每分钟发送一次数据时）
u 电流精度：±1%（负荷电流为200A时）或者±2A（负荷电流小于20A时）
u 温度精度：±1℃（可选）
u 电压线性度：优于±5%
u 通讯频率（RF）：420～440MHz（64个独立信道自动跳频），通信距离（RF）：30～100m（灌胶以后、双向通讯、11dBm，自动跳频）
u 电压等级：任意（出厂前确定），出厂默认为10～35kV
u 负荷电流：0～600A
u 导线直径：8～40mm
u 短时耐受电流：40kA/4S
u 故障复位时间：24h(1～48h，可在线设置)
u 可动作次数：不小于3000次
u 环境温度：-25℃～70℃
u 环境湿度：5～95%
u 防护等级：IP65
u EMC等级：等电位安装，6级以上
u 重量：不大于500g
u 尺寸：不大于Ф75*150mm
u 设计寿命：8年以上
