线路故障及负荷在线监测系统技术方案设计---.pdf

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1、文件编号 :WL/XL7.2-13 线路故障及负荷在线监测系统 成都威立基业电力设备有限公司 目 录 一、项目背景及实现的意 义 . - 1 -1.1 项目背 景 -1-1.2项目实现的意 义 -1- 二、线路故障及负荷在线监测系统介 绍 - 1 -2.1系统 配置、结构及实现原 理 . -1- 2.1.1 单套系统基本配 置 . - 1 -2.1.2 系统结 构 . - 2 -2.2.3 系统原 理 . - 8 -2.2技术参 数 -8-2.2.1使用环境及气候条 件 - 8 -2.2.2 通讯式故障指示器技术参 数 . - 9 -2.2.3 通信终端技术参 数 . - 9 -2.3 产品功

2、 能 . -10-2.3.1 通讯式故障指示器功 能 . - 10 - 2.3.2 通信终端功 能 . - 10 -2.4 主站系统 (包括局方现有的配网自动化系 统 . -11-2.4.1基本功 能 - 11 -2.4.2 后台软件功 能 . - 11 -2.5 系统安 装 -12-2.5.1通讯式故障指示器的安装与拆 卸 - 12 -2.5.2通信 终端的安 装 - 14 -2.5.3 中心站的安 装 - 15 -2.6 系统调试与维 护 -15- 三、系统引用的技术标 准 . - 15 - 四、系统方案拟定必须了解的线路参 数 - 17 - 五、对系统产品造价的影响因 素 . - 19

3、- 一、项目背景及实现的意义 1.1 项目背景 经济的发展与人民生活品质的提高对输配电网建设提出了更高的要求, 配网自 动化则是提高输配电网管理水平和提高供电可靠性的最重要手段之一。我国输配 电网错综复杂 ,很容易发生停电、短路故障, 通过简单、 成本低廉的通信手段将故 障指示器所采集到的故障信息及负荷电流上传到自动化主站系统 ,从而实现故障区 段的自动定位和线路负荷电流的实时监控是十分必要的。 1.2 项目实现的意义 线路故障及负荷在线监测系统综合运用了太阳能取电、无线通信及信息网络等 现代科学新技术。该系统能实时准确地在线监测线路停电送电状态、线路负荷电 流,并将所采集到的故障报警、停送电

4、状态及负荷电流等信息发送回主站中心; 主 站对信息进行数据统计、分析、 拓扑计算 , 确定故障区域 , 从而引导工作人员迅速 准确找到故障点。本系统的应用为提高相关工作人员的效率、减轻劳动强度提供 了一种强有力的手段 ;同时,故障信息会通过短消息发送到供电局生产管理部门、线 路专工、线路 维护负责人等设定的相关人员的手机上, 能有效提高线路故障检测的 自动化水平 , 及时为线路安全性能监测提供科学有效的依据,为电力的输送及减人 增效提供条件。总之 ,该项目的实施对于配网自动化的应用具有极大的意义。 ? 提高配电网运行水平 ,自动实现故障定位 ; ? 方便快捷查找故障点 ,避免了事故进一步扩大

5、; ? 极大的减轻了工作人员的劳动强度,节省了大量人力、物力 ; ? 缩短由于故障引起的停电的次数和时间,减少用电损失 ; ? 提高了供电可靠性、自动化、信息化水平; ? 在线实时检测线路运行各种状态及负荷电流,为线路正常运行提供了有力保 障。 二、线路故障及负荷在线监测系统介绍 2.1 系统配置、结构及实现原理 2.1.1 单套系统基本配置 ? 架空通讯式故障指示器若干组 (3 只 /组 ? 架空通信终端 若干台 ? 信号处理终端 1 台 ? 计算机 (中心站 1 台 ? 主站软件 1 套 2.1.2 系统结构 线路故障及负荷在线监测系统是一套具有远程传输能力的可分布监控、集中管 理、即时通

6、知型的智能化故障管理系统。它使 现有故障检测技术得到一个 飞跃,它融合了线路故障检 测、 负荷电流检测和通信传输 技术。 通过将线路的故障信息 发到工作主站并在主站完成 故障的拓扑定位、显示与告警 通知,使线路故障点的定位、 查询变得更加快捷 ; 同时, 线 路的实时负荷电流信息也会。 一个供电公司所有线路只需要一个工作主站。 如下图所示 ,该系统由通讯式故障指示器、通信终端和工作主站等部分组成,其 中工作主站由信号接收终端、主站软件、计算机和手机组成。 通讯式故障指示器平常处于节电休眠状态 ; 当线路状态发生变化时 , 检测功能模块触发分析算法 功能模块 ;分析算法功能模块将采集到的信息进行

7、分析、计算和处理后, 确定线 路是否发生了送电 ,停电,短路状态变化 ;如果确定状态变化 ,则 启动触发告警功能模块并通过无线射频发射模块将信息安全准确地发送出 去,通信终端收到此信息后 ,返回一个 “ 收到” 信号,故障指示器接收到 这个信号后 ,恢复到休眠状态。 内置定时器每 15 分钟唤醒一次单片机 ,采集线路负荷电流发送到通信 终端。在收到肯定确认后 ,转入休眠状态。 通讯式故障指示器采用太阳能作为主电源、锂电池与超级电容作为后备电源 的双重供电模式。正 常工作时装置采用太阳能供电, 并且对后备电源进行储能 ; 只 有在阴雨天或太阳光照不足的情况下才 启动后备电源供电。按每天发生一次故

8、障核算,后备电源可以确保 20 个阴雨天 气对装置持续供电。 通信终端 主要由 MCU 处理单元、 GSM/GPRS 远程通信、短距离无线射频 通信和光伏供电处理等功能模块组成。主要作用 :与故障指示器双向射频通信,完成 信息的交互 ,包括对指示器的参数配置、控制及接收指示器的故障信息、负荷电流 信息;与主站通过 GSM/GPRS 等方式完成通信 ,包括接收主 站的命令、 控制及向 上主动上报指示器与终端的各种运行信息和检测到的信息。终端安装在距通讯故 障指示器小于 100 米的电杆上 , 直接利用抱箍固定。 每台通信终端在 100 米范围内可以配套多组通讯式故障指示器。 通信终端采用太阳能作

9、为主电源、充电电池与超级电容作为后备电 源的双重供电模式。在晴朗的白天 , 太阳能电池板能够为其提供充足的 能量, 同时对后备电源进行充电; 在夜晚和阴天时 , 通信终端由后备电 源进行供电。 信息处理终端 其主要作用 :与通信终端通信并进行协议转换,提 取通信终端发来的信息或向通 信终端转发后台的信息 ;与后台进行通信 ,将信息转发给通信 终端或向后台转发通信终端发来的信息;在主站完成故障判断 需要将故障信息通过短信告警时,通过移动通信网络将信息发 送到设定的手机上 ,便于相关工作人员对线路故障进行及时处 理。 计算机 具体配置要求 : 主机:Intel 奔腾 CPU 双核 2.6G 以上、

10、 内存 4G 以上、 硬盘 160G 以上、 至 少一个串行接口 (COM1 口和 USB 插口; 操作系统 , 2003 标准版或企业版 ; 显示器 ; 键盘 /鼠标 /光驱 /多孔插座 ; 主站软件 由三大部分 :系统管理、应用平台和管理平台。系统管理主要是对中 心站软件操作权限的管理 ,如中心站软件的菜单、管理成员权限、配置等信息的设 置;应用平台主要是现场设备运行相关的信息配置管理 ,如历史报警查询、终端与指 示器的安装信息、安装点的逻辑图编辑等;管理平台 主要是对故障判断后报警处理的管理,如接收发送信息的设置、告警复位等。 信号接收终端接收到安装在故障点附近的通信终端的数据后, 对数

11、据进行规约 转换, 提取应用数 据并交给后台分析处理。在一个故障确定后 , 主站软件在图表上 显示故障站名、线路名称、 报警时间 ; 并在线路图上闪烁提示报警;同时用短信通 知值班人员。 软件具有综合判断功能 ,线路发生故障时 ,同一个变压器的同一段母线下的线路 都会有反应 ,通 过对于各条线路以及同一条线路各相之间的反应情况, 在主站做综合判断 , 这也能提高故障检测的可靠性;软件支持分布式数据库 ,可 查寻历史记录 ;软件支持 B/S 结构(Browser/Server, 浏览器 /服 务器模式 ,将系统功能实现的核心部分集中到 服务器上 ,客户机上只要安装一个浏览器(Browser ,

12、即可通过浏览器访问服务器上 的信息 ;软件工作界面是一套人性化、易学易懂、偏于维护的智能化管理系统。 初 始界面为 : 输入正确的用户名和密码后,进入系统 : 系统管理 :主要是对用户资料进行管理,可以实现用户增加 /删除,修改用户的权 限,查看在线用户 以及用户的登陆日志等功能,方便管理员针对不同的用户设置不同 的权限 ! 修改密码 : 应用平台 :包括报警查询、运行记录、逻辑图、节点信息,终端信息等选项。在 此,系统管理员可以进行修改和设置指示器与终端相关信息、查询报警记录及编辑 逻辑图等操作。节点查询 :查询编辑故障指示器安装点与号码。 终端信息查询 :可以浏览编辑当前现场终端的安装情况

13、及相互之间的逻辑管 理。 线路图浏览 :线路图浏览可以直观查看各条线路的当前状态和报警信息, 系统管 理员可以用它的线路图编辑功能 ,根据实际情况调整各个报警的位置。 管理平台 :查询已接收信息、已接受的短信息,已发送的信息 ,以及复位节点状态 ! 发送到巡线员的短信查询 : 接收的信息查询 : 复位: 2.2.3 系统原理 系统监测及报警原理 :当线路发生短路 ,停电和送电等运行状态变化时,故障指 示器检测到变 化的信号 , 通过短距离射频信号传输到通信终端 ;再经由通信终端通 过 GSM/GPRS 将信息发送到工作主站。主站电脑通过线路颜色的变化闪烁直观 显示故障所在区段; 同时弹出对话框

14、提示报警 ; 并以短信 息的形式发送故障信息到 巡检员手机。 同 时,故障指示器会定时采集线路中的负荷电流,并发送到通信终端 ,通信终端上传 电流值到主站完成线路负荷电流的监测。 短路检测原理 :配电线路发生相间短路时 ,相当于两个电源直接短接,变电站和 故障点直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实现设 定的规则启动保护 , 使得线路跳闸 断电。因此 ,短路故障判据有 4 个条件 : 1 线路中出现突变电流 It 160A It 为突变量电流启动 2 电流变化量不小于短路前线路电流 I 0.5I0 I 为电流变化率 , I0 为短路 前线路电 流 3 大电流持续时间

15、不超过 3 秒钟 0.02s T 3s T 为电流突变时间 4 3 秒 钟后线路处于停电状态 I=0 I 为线路故障后电流 以上四个条件同时满足 , 检测判断该位置的线路后出现短路故障。线路出现短 路故障后就地翻牌发光显示 ,并把故障信息传送到工作主站。 负荷电流采集原理 :利用单片机作为内核 , 利用高精度 AD 采样对内置互感器 输出电流进行测量 , 通过 FFT 计算得到线路负荷电流 ;所有测量均为数字方式 ,干扰 少,精度高。 2.2 技术参数 2.2.1 使用环境及气候条件 ? 使用时环境温度范围 -30 +70 ? 相对湿度 5%100% ? 大气压力 70kPa 106kPa ?

16、 海拔高度 2000m ? 环境温度最大变化率 1 /min ? 最大绝对湿度 35g/m3 2.2.2 通讯式故障指示器技术参数 ? 故障指示器动作准确率 :大于 90% ? 线路电压 :10kV, 小电流、小电阻接地系统 ? 适应环境温度 :-30 70 ? 翻牌 /闪光夜间可视距离 : 300m ? 翻牌显示可动作次数 :无限次 (太阳能取电 ? 连续闪光时间 : 5000 小时 ? 闪光时间间隔 : 5s ? 无线通信距离 : 100m ? 重量: 550g ? 电池寿命 :10 年 ? 装置使用寿命 :10 年 ? 抗风能力 :风力 150km/h 不可松脱 2.2.3 通信终端技术

17、参数 ? 每台通信终端可以接入多组故障指示器 ? 工作电源 配置太阳能电池板为蓄电池充电 太阳能电池标称功率 :12W 太阳能电池工作电压 :18V 蓄电池使用寿命 :大于 5 年 阴雨天气下连续工作时间 :10 天 静态功耗 :不大于 0.6W ? 通信 通信方式 :以太网、串口、无线公网等 通信规约 :IEC60870-5-101 、 IEC60870-5-104或 CDT 等 ? 使用寿命 :8-10 年 ? 适应环境 环境温度 :-30 70;最大日温差 25 海拔高度 :小于 2000m 环境湿度 :5%100% ? 抗震能力 :地面水平加速度 0.3g ,地面垂直加速度 0.15g

18、 ? 防护等级 :IP55 2.3 产品功能 2.3.1 通讯式故障指示器功能 ? 识别故障 :具有识别短路故障的功能 ;并可区分永久性故障和瞬时性故障 ? 负荷电流远传 :能够采集线路中的负荷电流,远传至主站 ? 停电、送电状态的实时传输 ? 显示方式 :翻牌显示或发光显示 360 范围内均可观察 ,翻牌方式时 ,显示牌采用 夜视反光 技术 ? 自动复位 :故障指示器具有延时自动复位或(和遥控复位的功能 ,自动复位时间 可由用户 指定或出厂前设定 ;故障发生时自动开始计时 ,返回时间误差不大于 10%; ? 抑制涌流 :杜绝合闸励磁涌流引起的误动现象 ? 在线运行 :直接安装在电力线上 ?

19、防锈耐蚀 :结构零件采用防锈防蚀材料 ? 带电装卸 :可带电安装和摘卸 ,装卸过程不发生误报警 ? 信号远传 :内置无线通信模块 ,可将动作信号远传至架空通信终端 ? 防护等级 :IP68 2.3.2 通信终端功能 ? 无线接收 :接收通讯式故障指示器通过无线射频发回故障信息及负荷电流信 息 ? 信息发送 :向主站发送故障信息 ,可采用 GSM 、 GPRS 等无线方式 , RS232 、 RS485 或以太网 等通信方式 ? 后备电源 :配置太阳能电池板 ,用来给后备电源充电。后备电源可以维持通信 终端连续 10 天工作 ,不需补充能量 2.4 主站系统 (包括局方现有的配网自动化系统 主站

20、软、硬件系统由后台软件和后台硬件二部分组成。遵循 IEC61968 标准, 采用信息交换总线 (IEB 方 式 , 实 现 与 配 电 SCADA 、 故障定位以及其它系统 接口等功能 ,并为实时数据的 接入、实时数据和管理信息的 集成以及应用功能扩展提供一 个信息一体化的平台。系统构 成如下图所示。 2.4.1 基本功能 ? 可靠的数据转发站和 中心站系统 ,即使在主站不能正常工作的情况下,也可以保证信息不被丢失 ; ? 系统自成体系 ,也可与配网主站等其他系统连接,避免故障判断、显示、存储 对其他系统的 依耐性; ? 实现所辖范围通信终端的数据集中、规约转换及转发; ? 管理所辖范围内通信

21、终端 ,实现短路及接地故障的自动定位、负荷电流记录; ? 实现所管辖区域的通信终端精确对时; ? 当地保存数据并可导出浏览,统计重要遥信信息及发生时刻等; ? 负荷电流、遥信变位、 SOE 和故障信息等事项的保存 /导出 /查询 /浏览等 功能; ? 具有监视通道、通信终端运行状态的功能; ? 具有通道报文监视的功能 ; ? 支持应用第三方 FTP 工具升级应用程序 ; ? 权限管理 ,防止误操作 ,保证系统安全。 2.4.2 后台软件功能 ? 实现与配电自动化主站系统的互连互通; ? 配电网故障定位系统的参数配置和整定; ? GIS 图形(包括标准的 GIS 图形、配网单线图、自动化环网图、

22、馈线图等编 辑及管理 ; GIS 支撑环境 ,使故障可以进行直观的显示; ? 完善的主站容错软件 ,使系统出现某些故障时 ,依然能够正确判断故障位置,并 防止误报 ; ? 配电网故障定位系统的设备管理; ? 通过拓扑分析和计算找出故障位置及故障通路, 显示在网络拓扑图上 , 记录存 储相应信息 ; ? 负荷电流、故障信息的图形显示; ? 故障定位信息的历史数据查询; ? 负荷电流、遥信变位、 SOE 和故障信息等事项的保存 /导出 /查询 /浏览等 功能; ? 具有监视通道、通信终端运行状态的功能; ? 报表打印、报警等功能 ; 2.5 系统安装 2.5.1 通讯式故障指示器的安装与拆卸 1

23、建议安装地点 ? 安装在长线路的中段 ,可判断长线路故障区段 ; ? 安装在分支入口处 :可判断线路故障是在主干线还是分支; ? 安装在变电站出口 :可判明故障在站内或站外 ; ? 安装在电缆与架空线连接处:可区分故障是否在电缆段或是架空线上; ? 安装在平原或空旷地带 ,可极大减轻寻线人员的工作压力; ? 多雨季节 ,安装在建筑物或树木茂密地带,可极大减少环境对工作的影响; 2 安装与拆卸过程 每只故障指示器都粘贴有一个代码,详细注明了故障指示器通信的编码、所安 装的相位 (A 、 B 、 C 。 比如:1234A , 代码中的 “ A ” 指的是该故障指示器必须安装在 A 相架空线上 ;

24、代码中的 “ 1234 ” 为故障指示器的 ID 号码,安装时 ,必须详细记录此代码。 每台通信终端都有一个代码, 代表通信终端的终端地址, 现场需要设置参数时 , 需要用无线射频工具通过此地址对终端进行设置。安装时,必须详细记录此代码。 安装前一定要确认通信式故障指示器是否在正常状态(处于未翻牌状态、偶尔 发光属于正常现象 。如果发现有不复位 (翻牌显示的故障指示器请务必将该故障指 示器的代码信息反馈给生产厂家,并在安装过程中详细记录安装点信息。以便于厂 家及时更换。 安装前打开通信终端工作电源, 确保电源指示灯闪烁才属于正常现象。 如果 发现有通信终端异常 , 请务必将该通信终端的代码信息

25、反馈给生产厂家, 并在安装 过程中详细记录安装点信息, 以便于厂家 及时更换。 结构说明 通讯式故障指示器通讯式故障指示器安装托架 通讯式故障指示器的带电安装 打开包装箱 ,每只指示器和通信终端上都有对应的代码编号,分别安装在不同的 地点。请按包装指示和本安装说明逐点安装。 具体安装过程如下 : 将托架通过接头螺栓紧固在绝缘操作竿上。 两侧横销同时横向向外拉 , 使两侧挡板自动向上弹起, 用手拧紧顶丝 ,使顶丝顶 到底板下方的横杆上 ,确保底板在最上端位置固定。将压簧用手搬起,向箭 头所指的 方搬至塑料弹片的槽中即可。用同样的方法把另一边压簧勾住。 将带有指示器的托架举起 ,对准电线向上推 ,

26、在压簧夹住电线后 ,拿走带有托架的 操作竿 ,即可 完成安装。 注意:严禁在安装过程中设备底部站人,以免安装不当 ,指示器脱落砸伤人员。 通讯式故障指示器的带电拆卸 将托架通过接头螺栓夹在绝缘操作竿上。两侧横销同时横向向外拉,使两侧挡 板自动向上弹起 , 用手将顶丝拧松至根部 , 确保外拉横销没有弹出。举起装有工具 的绝缘杆对准线路上的指示器向上顶, 横销自动向弹出 ,然后向下拉 ,故障指示器即 可拆卸。 特别注意 :如需更换故障指示器 ,请详细记录拆卸的指示器代码和所安装的地 点。 2.5.2 通信终端的安装 通信终端 :安装在和故障指示器相同或相邻的电杆上,直接利用抱箍固定 ,距离故 障指

27、示器小于 100 米。 打开包装箱 ,每个太阳能控制箱都有不同的代码编号,必须按本说明提示的信息 安装。具体安装过程如下 : 打开通信终端 , 开启电源开关 , 电源控制器指示灯亮、太阳能板指示灯 和负载指示灯正常亮 ,终端正常 ,关上终端并锁好。 取下连接太阳能板支架板上的螺丝,固定好太阳能板。 特别注意 :固定太阳能板时 ,一定要紧固所有安装螺丝。 拆掉抱箍上螺杆的螺母 ,将抱箍套在电杆上 ,并把通信终端通过螺杆与抱箍稍紧 连接(抱箍可以 在电杆上相对转动 , 将终端转动到让太阳能板对着正南偏西 10 度 方向 (旋转角允许偏差正负 10 度 , 然后拧紧连接抱箍与终端的螺丝,必须确认已经

28、 连接牢固。在完成所有连接之后,请确认终端下面的两个天线头完全从箱体中探出, 以保证通信信号强度 ,通信可靠。 特别注意 :严禁在安装过程中设备底部站人,以免设备脱落砸伤人员 ;如果需要 生产厂家更换通信终端,请详细记录拆卸的通信终端代码和所安装的地点。 2.5.3 中心站的安装 另见中心站安装说明。我公司有详细的安装及后期维护手册,并专门组织培 训。 2.6 系统调试与维护 厂家会组织专门的人员对系统的调试维护或培训相关人员, 系统的调试与维护手册请另见系统调试维护手册。 三、系统引用的技术标准 下列标准 (或规范包含的条件 ,通过在本标准中引用构成本标准的条文。在本标 准发布时 ,所 有版

29、本均为有效。所有标准 (或规范 均会被修订 , 使用本标准的各方 应探讨使用下列标准 (或规范 最新版本的可能性。具体依据的国家标准如下: GB/T2423.1-2001 电工电子产品环境试验第 2 部分:试验方法 试验 A:低温 GB/T2423.2-2001 电工电子产品环境试验第 2 部分:试验方法 试验 B :高温 GB/T2423.9-2001 电工电子产品环境试验第 2 部分:试验方法 试验 Cb :设备 用恒定湿热 GB/T17626.2-1998 电磁兼容 试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T17626.3-1998 电磁兼容 试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB

30、/T17626.4-1998 电磁兼容 试验和测量技术快速脉冲群抗扰度试验 GB/T17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术浪涌抗扰度试验 GB/T17626.8-1998 电磁兼容 试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 GB/T17626.12-1998 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡波抗扰度试验 GB/T4208-1993 外壳防护等级 (IP 代码 GB/T11287-2000 电气继电器 第 21 部分:量度继电器和保护装置的振动、冲 击、碰撞和地 震试验 第 1 篇:振动试验 (正弦 GB/T14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验 DL/T 814-20

31、02 配电自动化系统功能规范 DL/T630 1997 交流采样远动终端技术条件 GB/T13729 1992 远方终端通用技术条件 DL/T 721 2000 配网自动化系统远方终端 DL/T 634.5101-2002 远动设备及系统第 5-101 部分 :传输规定 DL/T 634.5104-2002 远动设备及系统第 5-104 部分 :传输规定 GB/T 9969.1-1998 工业产品使用说明书总则 GB/T 14436-1993 工业产品保证文件总则 GB/T 191-2000 包装储运图示标志 四、系统方案拟定必须了解的线路参数 4.1 线路参数调研 在项目开始实施前 ,一定要

32、调研线路参数并有充分了解。这样才能保证项目顺 利进行。下表由多年工程经验总结而来 ,用户认为有必要的补充 ,请另附说明。 4.2 安装点线路图和统计表示例安装点线路图示例 : 对应的安装点统计表示例 : 五、对系统产品造价的影响因素 1、不同的检测功能（短路、停电、送电、负 荷电流等） ，造价可能不同； 2、不同的无线传输方式（射频 433、ZGB、 GSM、GPRS 等） ，造价可能不同； 3、安装点的安装形式可能影响造价； 4、 手机卡购置及使用费； 5、项目大小可能会影响安装调试费用； | 五、对系统产品 造价的影响因素 - 19 - 单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。