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1、故障定位系统技术方案北京合锐赛尔电力科技股份企业-2-91、 概要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、设备故障和雷电等自然灾难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，干扰了企业正常生产经营；其次给供电企业造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，很困难，浪费了大量人力，物力。中国10KV 配电网系统关键以中性点非接地系统（俗称小电流系统，Y/结构）为主，多年以来伴随电网建设速度加紧，配电网线路结构越来越庞大，越来越复杂，但因为在线路运行状态监测方面尤其单相接地故障监测方面一直无法满足广大电力用户需求，
2、严重影响了供电质量。即使各供电企业配电线路大量采取故障指示器来处理故障寻址问题，客观上在一定程度上提升了查找故障效率，但现在中国外全部故障指示器均存在致命缺点：无法可靠、正确地检测单相接地故障线路。所以，故障指示器仅仅是处理了部分问题，没有处理广大供电企业迫切需要单相接地故障检测功效。而利用配网自动化系统能够实现故障监测及自动定位（寻址），但成本太大，难以推广。北京合锐赛尔电力科技股份多年来在电力系统输配电网自动化系统、故障检测技术方面积累了大量技术能力和丰富现场运行经验，为用户提供从主站系统到配电终端设备、一次设备、通信网络设备等全方位处理方案及装置，尤其是我企业根本性地处理了单相接地故障接
3、地选线和故障定位问题，在中国第一次成功处理了单相接地故障检测技术难点。故障定位系统分为有源故障定位系统和无源故障定位系统，我企业系统型号分别为：FIS故障定位系统和FIS3000故障定位系统。系统故障监测采取成熟故障指示器，包含架空线路和电缆等多个类型。在系统中，故障指示器分布挂装在电力传输网络上需要监测位置（如：各分支处，各事故多发事段等）。故障信息经过移动运行商提供成熟GPRS网络传送到监控中心，只要有GPRS/GSM信号地方，就能实现可靠通信。系统集故障监测、负荷电流监测、温湿度监测等于一体，在线路出现短路故障、接地故障、断电、送电等情况下，将采集特征数据传送到监测中心，监测中心发信息给
4、维护值班人员手机，使管理员不在办公室也能监控到线路运行情况，完全做到线路情况实时监控，不受管理员上下班影响，同时在计算机上显示故障位置，含有操作界面简单、友好等特点。2、 无源故障定位系统2.1无源故障定位系统组成图2-1系统总体结构图无源故障定位系统包含三部分：1、 故障指示器每组3只（A，B，C三相），安装于架空或电缆传输线路上，对传输线短路、接地故障状态进行实时检测。当指示器发觉线路有接地或短路故障时，把故障状态传送给对应IPU。2、 通讯转发站每个杆塔安装1台，最多能够搭载10组（30只）指示器通信，且互不影响。信息处理单元（IPU）搜集分布在周围一组或几组指示器发送故障状态，经过GP
5、RS远传到主站系统（FIS3000）。3、 主站监控系统数据处理及转发系统接收线路上全部IPU信息数据，得到线路上全部指示器状态，数据处理系统（FIS3000）监视整个电力系统，对收到信息进行分析处理，形成故障状态信息。变电站1123456定位543212.2无源故障定位技术原理图2-2无源故障定位系统原理图1、 短路故障检测技术原理过流原理和负荷电流自适应智能突变原理相结合来判定故障，能够有效提升检测正确度和可靠性。依据短路故障特征，提供信号已经量化、可在线调整参数速断/过流和自适应负荷电流过流突变两种短路故障检测方法，同时上报短路故障电流、负荷电流和线路对地电场，使得短路故障检测更正确、更
6、灵活，以下图所表示：图2-3 短路故障检测技术原理2、接地故障检测技术原理传统检测技术：（1）零序电流法只适合于中性点直接接地和无消弧线圈系统，即大电流接地系统，而中国中性点大部分为消弧线圈接地方法，即小电流接地系统，造成零序电流法是不正确。（2）五次谐波法单相接地故障发生后： a、系统中非线性元件（如铁磁元件等）会有大量谐波分量产生。b、放电或故障点燃弧造成大量谐波电流产生。c、因为消弧线圈存在，所以接地电流中基础不包含3次谐波和3次谐波整倍数高次谐波，这么在发生单相故障时高次谐波中5次谐波分量就较大。原理：检测线路电流5次谐波改变情况，当5次谐波忽然增大，同时系统电压下降，则判定为发生接地
7、故障不正确原因：实际中，故障后，故障相5次谐波电流增加百分比为：46.65，几乎没有改变百分比：41.6%；反而降低百分比：11.75%，所以，实际线路中5次谐波改变极难用来正确检测单相接地故障。（3）首半波法依据接地时暂态信号特征，采样接地瞬间电容电流首半波和电压波形，比较其相位。当采样接地瞬间电容电流首半波和接地瞬间电压相位满足一定关系时，同时导线对地电压降低，则判定线路发生接地故障。原理：在发生单相接地瞬间，故障相对地电容会对接地点放电，从而产生一个放电电流脉冲，当采样接地瞬间电容电流首半波和接地瞬间电压反相。不正确原因：安装使用有方向性要求，对于环网供电，当线路倒负荷后，原来方向就错了
8、合锐赛尔接地故障检测技术：将可变负荷法和首半波法相结合来判定接地故障，能够有效提升检测正确度和可靠性。提供信号已经量化、可在线调整参数首半波暂态接地故障检测方法，同时上报接地尖峰电流（电容放电电流）、负荷电流和线路对地电场，使得接地故障更正确、更灵活。图2-4接地故障检测技术原理3、有源故障定位系统3.1 有源故障定位系统组成图3-1系统总体结构图有源故障定位系统包含四部分：1、 故障指示器每组3只（A，B，C三相），安装于架空或电缆传输线路上，对传输线短路、接地故障状态或感受特殊信号进行实时检测，当指示器发觉线路有接地或短路故障或感受到特殊信号时，把故障状态传送给对应IPU。2、 通讯转发站
9、每个杆塔安装1台，最多能够搭载10组（30只）指示器通信，且互不影响。信息处理单元（IPU）搜集分布在周围一组或几组指示器发送故障状态，经过GPRS远传到主站系统（FIS3000）。3、主站监控系统数据处理及转发系统接收线路上全部IPU信息数据，得到线路上全部指示器状态，数据处理系统（FIS3000）监视整个电力系统，对收到信息进行分析处理，形成故障状态信息。4、信号源采取有源方法检测安装此设备，采取无源检测不需安装此设备。分为特殊信号注入法和不对称电流源法。3.2 有源故障定位系统原理1、 短路故障检测技术原理短路故障检测技术原理如无源故障定位系统短路故障检测技术原理一样，不在叙述。2、 接
10、地故障检测技术原理特殊信号注入法原理图3-2特殊信号注入法原理图先借助变电站电压互感器感受到一相电压下降，另两相电压升高，从而确定接地故障相。再利用注入式电流信号组成接地保护，此时，借助电压互感器处于空闲状态接地相，能够向线路注入一个特殊波形电流信号，因为系统发生单相接地故障时，被注入信号仅在接地相线路中流通，经过接地故障点后即可行返回，非接地故障线路中没有信号，故只要检测各线路中有没有注入信号电流，便可进行故障选线。而经过对注入信号电流和电压检测，计算变电站到接地故障点之间电抗，便可实现故障测距。假如在变电站和接地故障点之间存在分支线路，注入信号也不会进入无接地故障分支线路，依据这一特点，便
11、可查出接地分支线路及其上故障点确切位置，从而实现故障定位功效。特殊信号特征：注入信号源。利用外加诊疗信号进行故障检测和定位，不应影响原系统正常运行及其它设备。所以，注入信号源应满足部分特殊要求，它只能向系统提供幅值较小诊疗电流，且为零序电流，只在接地故障线路中流通。为了便于检测，信号源频率必需和电力系统固有频率完全不一样，有两种不一样方法。第一个方法，是将信号源频率取在工频n次谐波和（n+1）次谐波之间（n为正整数）。理论上，n可取任意值。实际上，若n取值较小，信号源频率和工频相近，不利于从较强工频故障电流中提取较弱诊疗信号电流。若n取值较大，首先系统分部电容容抗变小，分布电容对信号电流分流增
12、大，而部长线路上流动信号电流变小，不利于信号电流检测；其次，线路感抗XL=nL增大，不能再忽略不计，也使故障线路上流动信号电流变小，增加了检测信号电流难度。第二种方法，是将信号源频率取为1050倍工频频率。因为多数非线性电力负荷产生奇次谐波电流，故障期间，这些奇次谐波电流也在故障线路中流动，为便于提取诊疗信号电流，所以信号源频率取工频偶次谐波。从工频电源角度看，信号源可近似看做一理想电流源，也就相当于开路；从信号源角度看，故障回路呈低阻抗回路，即信号源向一低阻回路提供电流，该电流从变电站沿故障线路到故障点经大地返回。可见，较低电压信号源就能想故障系统提供较大零序电流，如对于低压400V系统，不
13、到50V信号源电压就能想系统提供15A零序电流，分布电容影响可忽略。这种方法当不能忽略分布电容影响时，因为信号源频率较高，分布电容分流将使故障线路上诊疗信号电流变小，有可能小到无法探测。所以该种信号源在635kV重压配电系统中不适用。基于此，北京合锐赛尔选择第一个方法作为特殊信号源，经过试验测试，选择频率为6080HZ电流信号。不对称电流源法原理图3-3不对称电流源法原理图当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在变电站内或线路上可变负荷柜检测到线路三相电压和零序电压改变后,首先判定出故障相，隔离开关进行盲投，接入阻性负载，根据设定时序改变线路负荷电流改变，盲投至C相时，接地点、大地、电流源、线
14、路、变电站形成回路，电流源产生故障电流附加脉动信号，安装在线路上故障检测装置检测流过本线故障型号及特征信号，若满足设定改变规律则故障检测装置给出报警，从而指示出故障位置。4、故障指示器4.1 故障指示器分类故障指示器分类：根据检测对象分：根据是否带通信功效分：根据取电电源分：4.2 故障指示器性能指标 采取高性能微功耗单片机作为关键处理单元； 高速A/D采样 小波变换提取信号特征（有源）； 将可变负荷法和首半波法相结合（无源） 利用无线信号传输故障信息（跳频）； 翻牌、闪灯报警指示，夜间可视距离300米； 在线取能+后备电源（锂电池、法拉电容等），使用年限8年； 自动复归时间：196小时（可按
15、用户要求设定）； 负荷电流： 0600A； 自适应负荷过流突变量：100A或1/2平均负荷； 零序电流：0100A； 速断、过流定值：0700A，步长1A； 零序定值：0100A，步长1A； 速断、过流、零序延时：09.99s，步长0.01s； 最大短路电流：40kA； 静态平均功耗：50A/3.6V（短距离无线通信模块）； 通信平均功耗：30A/3.6V（每分钟发一次数据时）； 通信方法：当地无线组网；420440MHz，64档自动调频； 通信距离：30300m 工作温度：-45C70C； 可动作次数； 防护等级：IP65； 重量：500g； 可带电安装和摘卸； 适用导线直径：8 mm40mm；（绝缘线、裸导线），80110mm（电缆线）。5、通信转发站（IPU）图5-1通信转发站结构图图5-2通信转发站实物图每个指示器和IPU全部有唯一地址，地址标在外壳显著处，用户在安装时要注意统计每个指示器和IPU安装位置和地址对
