电力线路故障在线监测系统(四遥故障检测系统)

电力线路故障在线监测系统（四遥故障检测系统）备注：四遥故障检测系统即（遥信、遥测、遥调、遥控）遥信：主要指故障类型，如短路速断、过流、接地故障。遥测：主要指测量数据，如线路负荷电流、故障电流、线路电压等。遥调：调整短路速断、短路过流、零序电流定值、失压定值等测量值。遥控：主要控制开关。一、系统概述：BD-2010型线路故障在线监测系统采用了数字化的故障显示装置和数字化的无线通讯技术，主要用于中高压输配电线路上，可检测短路和接地故障并指示出来，可以监测线路和变压器（高压侧、低压侧）的运行情况，甚至可以对同杆架设的两路电动开关进行遥控（合分闸）、遥信（采集开关位置）操作。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（负荷电流/短路动作电流、首半波尖峰电流/接地动作电流、电缆稳态零序电流/稳态零序动作电流/暂态零序电流）、线路电压（线路对地电场）、电缆头温度的变化情况，在线路出现短路、接地、断线、绝缘下降、过温等故障或者异常情况下给出声光或者短信通知报警，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、线路电压（线路对地电场）、接地尖峰电流的变化情况并绘制曲线图，用户根据需要还可以增加其他监测内容，例如开关位置、电缆头温度等，或者增在线监控功能，例如开关位置的遥信采集、开关遥控，无功补偿柜的电容投切状态和遥控投切，或者增加远程无线抄表，或者增加小电流接地选线功能，等等。功能特点：BD-2010提供的主要功能有：1．监测线路上的短路、接地、过负荷、断线、停电、三相不平衡、盗割、过温等故障情况，帮助运行人员迅速查找故障点，避免事故进一步扩大。2．监测线路负荷电流和短路动作电流，保存历史数据并绘制曲线，用于事故分析和事前预警。3．监测线路首半波尖峰电流和接地动作电流、稳态零序电流和暂态零序尖峰突变电流（电缆），保存历史数据并绘制曲线，用于事故分析和事前预警。4．监测架空线路对地电场、电缆头对地电场、电缆头温度，保存历史数据并绘制曲线，用于事故分析和事前预警。5．在有刀闸和开关的地方，可监测开关位置。无需改造开关，无需停电。6．在有电动开关的地方，除了监测开关位置，还可实现遥控操作。无需加装PT和CT，无需停电。7．根据客户需求定制其它在线监测（控）和馈线自动化功能。BD-2010的技术特点是：1．突破模拟的普通指示器技术原理和传统的FTU标准。无需PT和CT，无需开关或开关改造，等电位和不停电安装，适用范围广，投入产出比高，运行可靠。2．设备运行功耗极低，使用寿命长。数字故障指示器从导线自取电，并后备长寿命锂电池，永久免维护；数据采集器从太阳能（架空场合）或者开口CT（电缆场合）取电，可选大容量铅酸蓄电池或锂电池，3～5更换一次。3．采用数字化的信号量化的短路故障检测方法。可监测线路各监测点的负荷电流、短路故障电流和线路电压并实时上报主站系统，并可在线调整短路故障检测参数，大大提高短路故障检测的准确性。4．采用数字化的信号量化的接地故障检测方法。对于小电流接地系统，可监测线路各监测点的首半波尖峰电流、接地故障电流和线路电压并实时上报主站系统，并可在线调整接地故障检测参数，大大提高接地故障检测的准确性。5．本地通讯采用无线调频组网（64信道自动跳频），远程通讯采用GPRS/CDMA/3G网络通讯，本地和远程维护方便。6．数字故障指示器和数据采集器安装简单，不停电安装、拆卸，本地或远程无线调试。7．主站具有经济实用的“四遥”功能。主站软件可以对现场的数字故障指示器和数据采集器进行“四遥”操作（遥控、遥信、遥测、遥调【参数读写】）。可实时监测线路负荷电流和短路动作电流、首半波尖峰电流和接地动作电流、零序电流和零序尖峰电流（电缆场合）、架空线路或电缆头对地电压、架空线路或电缆头温度，带WEB浏览和GIS接口。8．SOE记录，事故推屏，实现事故重演。9．动态着色，故障定位，短信通知，实现无人值班。10．主站软件采用配调SCADA/FA软件，易学易用。二、系统组成1.主站：1台服务器（计算机）+1台通讯交换机（短信猫）+1套主站软件+UPS电源2.监测点：由检测终端（4个数字故障指示装置）+通讯主机（一台数据采集器）组成一台通讯主机最多可带7个检测终端3．传输方式：远程无线组网：GPRSorCDMAor3G检测终端通讯主机系统软件BD-2010系统工作原理：检测终端主要安装在变电站出线、开关单侧或两侧、重要分支出线和电缆接头处，每条线路装1组（共3只），以实现这些监测点的在线监测（遥测）、故障检测与定位（遥信），同时在附近安装1台通讯主机。检测终端和通讯主机都带有四字节全球唯一通信地址，用于通讯主机对检测终端的识别；通讯主机还带有一字节101协议通信地址，用于通讯主机与主站之间的地址识别。通讯主机与检测终端采用短距离无线调频组网通信，通讯主机与主站之间采用GPRS公网通信，可选静态IP、动态域名和APN专线（VPN），推荐使用VPN通道，确保数据和控制安全。当线路正常运行时，通讯主机定期轮询每只检测终端或由其主动上报，检测终端按预设的通讯策略进行应答或上报，将实时数据发送到通讯主机。通讯策略的含义是：检测终端采用极低功耗设计，设计寿命为8年以上，但无线通讯能量较大，不能完全依靠内部锂电池供电，大部分能量要从高压导线感应取电。当负荷电流大于20A时可以完全取到通讯能量，在通讯时可以做到“有问必答”或者定时主动发送；当负荷电流小于20A时，只能取到有限的电能，在通讯时会出现“两问一答”或者定时主动发送的情况，其它时间检测终端内部无线通讯模块都在休眠以减少电池损耗。值得一提的是，由于无线通讯划分为64个独立信道，无需对多只指示器进行编码和延时错开时间发送，对于多只指示器同时发送时也不会存在互相干扰而导致通讯不上的情况。当线路出现短路故障时，检测终端可以检测到短路故障电流，如果符合特定的短路故障判据，则本地翻牌显示，并按照预设的时间参数自动复归，也可以通过主站遥控复归。同时，在通讯主机轮询到自己时将“及时应答”或者立即主动发送动作信息，将动作信号、短路故障电流等数据发送到通讯主机，通讯主机再通过SMS（短信）、GPRS、CDMA、3G等方式将故障动作信息和故障数据打包发到用户手机或主站系统。对于10kV小电流接地系统，当线路出现接地故障时，检测终端可以检测到接地故障首半波尖峰电流和线路电压，如果符合特定的接地故障判据，则本地翻牌和指示灯显示，并按照预设的时间参数自动复归，也可以通过本地无线或主站遥控复归。同时，在通讯主机轮询到检测终端时将“及时应答”或者立即主动发送动作信息，将动作信号、接地故障电流等数据发送到通讯主机，通讯主机再通过短信、GPRS、CDMA、3G等方式将数据打包发到主站。由于检测终端的本地无线和通讯主机的GPRS网络“一直在线”，并具有双向、随机发起主动通讯的能力，所以主站在召唤通讯主机的数据的同时，还可以对通讯主机和检测终端下发参数和遥控命令，例如在线修改通讯主机和检测终端的参数，遥控通讯主机连接的开关合闸、分闸，遥控通讯主机管辖的检测终端翻牌、复归等。1.短路故障检测原理对于短路故障，检测终端提供两种可选择的故障判据：一种是过流突变法，一种是过流速断定值法。目前市面上绝大多数模拟电路的故障指示器主要是采用过流突变法。数字故障指示器也采用过流突变法，但是其短路判据为数字量化判据，与模拟故障指示器的实现技术有本质区别：采用“过流突变法”时的短路故障判据（内嵌微功耗RF模块，可在线修改参数。有关RF功能、性能介绍，详见BD-RF）：（1）线路上电：负荷电流≥5Aor线路电压≥3kV（30秒以上）（2）故障启动条件：当负荷电流IL小于等于200A时，ΔI≥100A当负荷电流IL大于200A时，ΔI≥1/2*IL（3）故障持续时间：≤10S（4）线路停电：负荷电流≤5Aand线路电压≤1kV备注：对于特殊负荷，可以采用继电保护速断、过流判据（内嵌无线模块，可在线调整参数）。该方法的优点是自动跟踪负荷电流大小，不用整定参数；其缺点一是在有些接地短路情况下，短路电流是逐渐增大的，指示器因无法检测到电流突变而导致拒动；其缺点二是在有些接地短路情况下，非故障出线、非故障分支、故障点后面的线路如果带有大型容性负载（例如高压电容器）和感性负载（如大型电动机、水泵等），则会向故障点反馈送电，导致非故障线路误动。由于检测终端的动作参数可以通过主站在线修改，因此在管理比较规范的电力公司，我们推荐速断、过流“二段式电流保护”法。该方法与变电站微机保护装置的故障检测原理一致，不论是两相接地短路（电流缓慢增大），还是农网过流故障（速断、过流定值整定很小），只要变电站出口跳闸，检测终端也能检测到并给出故障指示，是目前可靠性和准确性最高的判据。为了防止重合闸期间，非故障线路（分支）因重合闸涌流导致误动，检测终端增加了“充电判据”，只有带电稳定运行30秒以后才开始检测故障；为了防止合闸涌流，检测终端采取了“停电判据”，只有检测到线路停电（无流无压）以后才会给出短路故障动作。采用“速断、过流二段式电流保护法”时的短路故障判据（内嵌微功耗RF模块，可在线修改参数。有关RF功能、性能介绍，详见BD-RF）：（1）线路上电：电流≥5A或者电压≥3kV（30秒以上）（2）速断或过流启动：0～700A（零序为0～100A）/0～9.99S（在线可设），或者自适应负荷电流的过流突变判据（请浏览BD0-A产品）（3）线路停电：电流≤5A并且电压下降70%（10秒钟内）备注：1、BD2-A、B、C“四遥”故障指示器的短路故障参数出厂设置为：速断500A/40ms、过流400A/200ms【城网】；速断200A/40ms、过流100A/200ms【农网】。2、速断、过流定值可以设置为一样，“二段式”就变为“一段式”过流判据了。3、如果嫌设置速断、过流太麻烦，可以在出厂前将速断、过流定值都设置为700A以上（含），则检测终端自动启动自适应负荷电流的“过流突变法”判据。参数说明：Ik参数：当前负荷电流采样值Iset参数：包含Iset1（速断值）、Iset2（过流值）Tset参数：包含Tset1（速断延时）、Tset2（过流延时）TfMAX参数：从变电站出口保护启动到保护跳闸停电的最大延时Iaver参数：保护启动前的平均负荷电流Uk参数：当前线路对地电场采样值Un参数：正常运行时的电场接地故障检测原理：对于架空线路接地故障，目前比较常见的方法是首半波法和信号注入法。经过两、三年的实践检验，首半波或者接地暂态法存在技术原理上的缺陷，经常导致误动。虽然信号源注入法相对稳定，但由于设备费用高昂和安装不便而推广困难，对于负荷波动大的线路也经常误动，接地阻抗高较高和接地线接地不牢时时可能发不出信号。检测终端主要采用接地暂态电流和故障电流在线监测相结合的方法，通过通讯网络将各个监测点的接地动作信号、接地暂态电流、线路对地电场、变电站接地选线装置的接地报警和选线信息都汇总到主站，由主站进行智能和人工决策判断。具体请参考BD2-A产品说明。接地故障判据（内嵌微功耗RF模块，可在线修改参数。有关RF功能、性能介绍，详见BD-RF）：（1）线路上电：电流≥5A或者电压≥3kV（30秒以上）（2）接地暂态电流（接地瞬间电容放电电流）增量：≥30A（在线可设）（3）接地相电压下降比例：≥30%（在线可设）（4）接地相电压下降时间:≥60S（在线可设）（5）接地相总电流：≥5A该方法的特点是能够实时监测接地故障暂态电流变化，和变电站接地选线装置，并根据系统结构和不同的安装位置在线修改接地故障判据参数。为了防止人工合分闸（停电、投切负荷等）、保护跳闸和自动重合闸期间，非故障线路（分支）因三相开关动作不同期的单相暂态涌流导致误动，检测终端增加了“充电判据”，只有带电稳定运行30秒以后才开始检测故障；同时增加了“不停电判据”，只有检测到线路不停电（有电流）以后才会给出接地故障动作。为了防止