（国网安徽电力公司石台县供电公司 安徽池州 247100）
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；再者用户端配电线路距离较长，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。
用户端线路故障定位及在线监测系统主要用于低压配电线路上，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。
2总体要求
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。
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。
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。主站软件应运行可靠，使用简单，维护方便。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。
3故障定位系统结构
定位系统由主站系统，故障指示器数据采集器通过无线公网传输，构成整个系统。
3.1 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。
3.2 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。
3.3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。
3.4无线传输网络
GPRS 是一种基于全球移动通信系统( GSM) 系统的无线分组交换技术, 提供端到端的、广域的无线 IP 连接。以“分组”形式传送资料到用户手上。使用 GPRS 后, 数据实现分组发送和接收, 用户就可以总是在线且按流量计费, 降低了通信费用。, 中心采用接入点名称 APN( AccessPoint Name) 专线, 所有故障指示器检测节点都采用内网固定 IP 的组网方式实现网络数据传输。该方案客户中心通过一条 APN 专线接入移动公司GPRS网络, 双方互联路由器之间采用私有固定 IP 地址广域连接, 在网关支持节点( GGSN) 与移动公司互联路由器之间采用通用路由封装 GRE(Generic RoutingEncapsulation) 隧道。为客户分配专用的APN, 给所有监控点及中心分配移动内部固定 IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密, 避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙隔离, 并在防火墙上进行 IP 地址和端口过滤。该方案实时性、安全性和稳定性都是比较理想的。
4工作原理及故障判断依据
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。
4.1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。
4.2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。
4.3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。
4.4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。
4.5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。
整个系统由故障指示器检测节点、GPRS 无线通信网络和故障自动定位系统主站组成。故障指示器检测节点由故障指示器、无线射频收 / 发模块及无线 GPRS 通信单元组成。发生故障时, 各故障 指 示 器 将 检 测 到 的 故 障 信 息 通过无线射 频模块发送到无线 GPRS 通信单元, 通信单元接收到故障信息后, 通过无线 GPRS 模块将故障信息送至监控中心定位系统服务器。根据各检测节点上报的故障信息, 利用故障定位矩阵算法就可以自动定位出故障点。
5 结束语
a.利用线路装设的故障指示器实现线路故障自动定位, 可以迅速判断出故障所在的区段, 大大减少了查找故障时间;
b.利用无线 GPRS 通信技术实现故障数据的上报, 简化了工程施工, 并且稳定可靠。
论文作者:杨波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/8
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