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一遙型高壓線路故障檢測(cè)及自動(dòng)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(diǎn)
1.1概述
傳統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用饋線自動(dòng)化FA實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離和非故障區(qū)域自動(dòng)恢復(fù)供電，但這種方式投資大、設(shè)備多、光纖通訊費(fèi)用昂貴，適合多聯(lián)絡(luò)、多分段且一次設(shè)備具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和受控功能的配電網(wǎng)，但我國(guó)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(dòng)操作機(jī)構(gòu)和受控功能的配電網(wǎng)，因此這些地區(qū)適合采用簡(jiǎn)易型配電自動(dòng)化系統(tǒng)。簡(jiǎn)易型配電自動(dòng)化系統(tǒng)是基于就地檢測(cè)和控制技術(shù)的一種系統(tǒng)。它采用故障指示器來(lái)獲取配電線路上的故障信息，由人工在現(xiàn)場(chǎng)巡視線路上的指示器是否翻轉(zhuǎn)變色來(lái)判斷線路是否發(fā)生故障（也可將故障指示信號(hào)上傳到相關(guān)的主站，由主站來(lái)判斷故障區(qū)段）。
故障自動(dòng)定位系統(tǒng)就是一種簡(jiǎn)易型的配電自動(dòng)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(dòng)高效的故障檢測(cè)以及定位系統(tǒng)。主要用于配電系統(tǒng)各種故障的檢測(cè)和定位，包括相間短路和單相接地故障。在發(fā)生故障時(shí)，智能故障定位系統(tǒng)的監(jiān)控主站與現(xiàn)場(chǎng)大量的故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)相配合，在故障發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)即可在主站通過(guò)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(chǎng)，隔離故障段，恢復(fù)正常供電。
1.2系統(tǒng)特點(diǎn)
為供電企業(yè)提供一套以故障定位為核心功能的自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)低廉的成本實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障信號(hào)采集、故障區(qū)段定位，降低配電網(wǎng)線路的故障查找時(shí)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(jiǎn)易型配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)模式，該模式適用于簡(jiǎn)單接線的城鄉(xiāng)配電線路（含單輻射配電線路）和城市中無(wú)專門通信條件區(qū)域的配電線路。
先進(jìn)的故障定位策略，提高故障定位搜索的時(shí)間。根據(jù)開(kāi)關(guān)裝置變位信號(hào)，在線路圖故障分析線程結(jié)束后，定時(shí)對(duì)線路圖進(jìn)行拓?fù)浞治觯蛘哌\(yùn)行值班人員通過(guò)人機(jī)交互頁(yè)面手動(dòng)觸發(fā)拓?fù)浞治龉δ�，此時(shí)故障定位服務(wù)會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行拓?fù)浞治�，因此故障信�?hào)到來(lái)時(shí)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行故障查找，而不進(jìn)行拓?fù)浞治�，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(shí)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(wèn)題，所以采用分布式結(jié)構(gòu)，以組件的形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，可將組件部署于多臺(tái)服務(wù)器，通過(guò)消息機(jī)制建立組件間的松散耦合關(guān)系。通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)消息模型，采用異步機(jī)制完成信息傳輸。
分布式監(jiān)測(cè)采用B/S三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并在此架構(gòu)下使用SVG文件格式作為圖形的存儲(chǔ)和展示方式。
集成一體化設(shè)計(jì)，將通信模塊、模擬采集模塊及處理器模塊進(jìn)行縮微精簡(jiǎn)，做到有機(jī)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(yáng)能充電配合超容組件，無(wú)需外接電源，續(xù)航能力強(qiáng)。
低功耗電路設(shè)計(jì)和穩(wěn)定的休眠召喚機(jī)制，保障了設(shè)備可以在無(wú)陽(yáng)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(jì)，安裝方式簡(jiǎn)便，在帶電狀態(tài)下進(jìn)行安裝。
二、系統(tǒng)組成
故障自動(dòng)定位系統(tǒng)包括：線路故障檢測(cè)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(jī)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(wú)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(wèn)題。
架空型故障檢測(cè)單元能檢測(cè)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(cè)到電纜線路的短路故障和單相接地故障。
三、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
3.1故障檢測(cè)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(cè)單元的硬件設(shè)備層，設(shè)計(jì)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(jì)、焊接、裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)化流水式作業(yè)，保障了設(shè)備具有良好的防護(hù)和電磁兼容特性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)惡劣的運(yùn)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(jì)，配合先進(jìn)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(lái)使設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(duì)的操作、瀏覽人機(jī)接口，具備友好的人機(jī)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?fù)浞治龊拖鄳?yīng)的管理功能，并能夠與其他電力生產(chǎn)、信息系統(tǒng)實(shí)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(cè)線路的故障狀態(tài)，當(dāng)有短路或者接地故障發(fā)生時(shí)，故障診斷裝置會(huì)做出翻牌的動(dòng)作，并迅速的將故障信號(hào)發(fā)送到故障指示系統(tǒng)主站，由主站系統(tǒng)軟件對(duì)各個(gè)故障診斷裝置的上報(bào)信號(hào)進(jìn)行匯總分析。實(shí)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(yùn)行管理人員。
架空線故障檢測(cè)判斷示意圖
電纜系統(tǒng)故障檢測(cè)判斷示意圖
3.3適用電壓等級(jí)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(kāi)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(jìn)線處：用于判斷用戶故障
3.5功能特點(diǎn)
故障采集功能：實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)線路故障檢測(cè)單元的上報(bào)報(bào)文，對(duì)接收到的故障報(bào)文進(jìn)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?fù)潢P(guān)系，綜合各個(gè)線路故障檢測(cè)單元的故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的智能定位。
故障歷史信息分析功能：針對(duì)故障歷史記錄進(jìn)行各種分析，比如按線路、供電區(qū)、行業(yè)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
設(shè)備管理功能：實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)單元的管理。包括臺(tái)帳、安裝地點(diǎn)、手機(jī)號(hào)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(cè)單元和故障定位主站構(gòu)成。
系統(tǒng)示意圖
4.2故障檢測(cè)單元
一遙故障檢測(cè)單元包括 故障檢測(cè)模塊、通訊模塊、電源模塊三個(gè)部分。
4.2.1故障檢測(cè)模塊
實(shí)時(shí)檢測(cè)線路運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)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(shí)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(rèn)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(yuǎn)程短信設(shè)置。
通信模塊部分要采用低功耗設(shè)計(jì)：
當(dāng)“匯報(bào)周期”未到且沒(méi)有故障事件的時(shí)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(shí)候，通過(guò)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(jìn)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(jì)，以保證應(yīng)用時(shí)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(wú)線通信。
震動(dòng)：IEC60068－2－6
防水：IP67
電磁兼容性能：
高頻干擾（電力遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）
抗快速瞬變脈沖群干擾（電力遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）
抗靜電放電干擾（電力遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）
抗工頻磁場(chǎng)干擾（電力遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）
4.4電網(wǎng)基本信息維護(hù)
繪制電網(wǎng)的線路圖
實(shí)際的故障定位器會(huì)安裝在線路上，因此實(shí)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(guò)短信貓接收故障檢測(cè)單元發(fā)送來(lái)的短信，并對(duì)短信進(jìn)行解析。
通信基本信息的維護(hù)
對(duì)與故障檢測(cè)單元通信的主站號(hào)碼和通信中心號(hào)碼以及終端SIM卡號(hào)進(jìn)行信息維護(hù)，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(cè)單元通過(guò)發(fā)短信的方式向主站發(fā)送數(shù)據(jù)，主站通過(guò)短信的形式控制故障檢測(cè)單元，因此主站應(yīng)具有短信收發(fā)的功能，并通過(guò)短信貓的方式來(lái)接收和發(fā)送短信。發(fā)送短信時(shí)可群發(fā)給多個(gè)短信貓
數(shù)據(jù)解析
對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行解析；向故障檢測(cè)單元發(fā)送設(shè)置報(bào)文
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
將主站收到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中
4.6故障定位
拓?fù)浞治龉δ?/DIV>
根據(jù)線路圖的連接關(guān)系和開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)建立拓?fù)潢P(guān)系。當(dāng)采集到開(kāi)關(guān)變位裝置短信后，此時(shí)啟動(dòng)時(shí)限控制，可自動(dòng)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浞治觥＿�可以在頁(yè)面上手動(dòng)進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)浞治龉δ堋?/DIV>
自動(dòng)進(jìn)行故障定位
結(jié)合圖形管理和電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系功能，綜合各故障診斷裝置的故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的智能定位。
4.7故障自檢告警
聲音告警
如果故障檢測(cè)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(yè)面告警
如果故障檢測(cè)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(cè)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(guò)發(fā)短信的形式關(guān)閉故障源
4.9運(yùn)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(kù)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(cè)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(cè)單元管理
基本信息維護(hù)：添加、修改、刪除，搜索功能
根據(jù)配置文件，默認(rèn)添加故障檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)
一次設(shè)備管理
開(kāi)關(guān)基本信息維護(hù)：添加、修改、刪除，搜索功能
根據(jù)配置文件，默認(rèn)添加開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)
短信貓信息管理
基本信息維護(hù)：添加、修改、刪除，搜索功能
SIM卡信息管理
基本信息維護(hù)：添加、修改、刪除，搜索功能
通道信息管理
基本信息維護(hù)：添加、修改、刪除，搜索功能
短信下發(fā)管理
故障檢測(cè)單元命令設(shè)置
開(kāi)關(guān)命令設(shè)置
點(diǎn)號(hào)信息管理
為每個(gè)終端配置端口所代表的意義
可添加、修改、刪除終端對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)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(fù)責(zé)對(duì)資源權(quán)限進(jìn)行管理。管理員可以在粗細(xì)粒度下對(duì)資源權(quán)限進(jìn)行管理。用戶可以對(duì)創(chuàng)建的資源實(shí)例進(jìn)行權(quán)限的管理。
角色管理
此模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)角色進(jìn)行相應(yīng)的管理（包括添加、刪除、修改）；對(duì)角色所擁有的權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的管理（包括授予、刪除所擁有的權(quán)限）；對(duì)用戶和組賦予相應(yīng)的角色等等
人員管理
此模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶進(jìn)行管理（包括添加、刪除、修改）；對(duì)用戶所屬的角色進(jìn)行管理（包括添加、刪除）；對(duì)用戶所屬的組進(jìn)行管理。
4.12 Web頁(yè)面功能
更改開(kāi)關(guān)狀態(tài)
拓?fù)浞治龉δ?/DIV>
定時(shí)向服務(wù)器請(qǐng)求動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在頁(yè)面中；
故障區(qū)段和影響區(qū)域進(jìn)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(biāo)注事故重點(diǎn)區(qū)域；
根據(jù)出故障頻率在線路圖上標(biāo)識(shí)；
可實(shí)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(diǎn)上，并閃爍顯示；
點(diǎn)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(biāo)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(cè)原理及技術(shù)參數(shù)：
5.1架空線短路故障檢測(cè)原理
a) It≥160A It為突變量電流啟動(dòng)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(shí)間
5.2架空線接地故障檢測(cè)原理
a) 檢測(cè)接地瞬間線路分布電容放電電流
b) 檢測(cè)線路相電壓的電壓幅值
5.3技術(shù)參數(shù)：
適用電壓等級(jí)：6－35KKV
適用線路負(fù)荷電流：0－1200A
適用導(dǎo)線直徑：8～28mm
短時(shí)耐受電流能力：31.5kA/2S
可動(dòng)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(hù)等級(jí)：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(shí)間：線路恢復(fù)供電后1分鐘內(nèi)自動(dòng)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(yáng)能充電。充電后電源能夠提供“故障檢測(cè)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(cè)單元（三相為一組）。
一組故障檢測(cè)單元由一個(gè)主站及兩個(gè)從站組成（即一托二方式）
從站與主站之間采用短距離無(wú)線通信方式。主站與中心站之間采用GSM通訊方式。
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