電纜故障在線監測係統

電纜故障（zhàng）在線監（jiān）測係統係統組成

1）主（zhǔ）站：1台服（fú）務器（計算機）+1台通訊交（jiāo）換機（短（duǎn）信貓）+1套主站軟件

監測點：由（yóu）檢測終端（4個數字故障指示器=1個零序接（jiē）地指示器+3個（gè）短路指示器）+通訊主機（一台數據采（cǎi）集器 ）組成;一台通（tōng）訊主（zhǔ）機*多可帶7套檢測終端

指示器：Digital Fault Current Indicator 數字化的故障（zhàng）指（zhǐ）示器

DCU：Data Collect or Control Unit 數據采集器（內置低功耗GPRS DTU），可選（xuǎn）電（diàn）動開關儲能和（hé）開關遙控功能

GPRS DTU：GPRS Data Transmission Unit，即GPRS數據傳輸單元------可選配置。

EFU：Earth Fault Line Select Unit 接（jiē）地選線裝（zhuāng）置。為了提高單相接地檢測的準（zhǔn）確度，係統可接入變電站接地選線裝（zhuāng）置或台變PT監（jiān）測儀的（de）數據。------可選配置。

電纜故障在線監測係統工作原理

數字故（gù）障指示器指示器主要安裝環網櫃電纜進出線（xiàn）上，以（yǐ）實現這些線路的在線監測（遙測）、故障檢測與（yǔ）定位（遙信），同時在（zài）附近安裝1台（tái）或2台通訊主機（采集器）。指示器和通訊主機（采集器）都帶有（yǒu）四字節全球唯壹通信地址，用於通訊主機（采集器）對指示器的識（shí）別；通（tōng）訊主機（采集器）還帶（dài）有（yǒu）一字節101協議通信（xìn）地址，用於通（tōng）訊主機（采集器）與主站之間的地址識別。通訊主機（采集器）U與指示器采用短距離無線調頻組網通（tōng）信，與主站之間采用GPRS公網通信，可選靜態IP、動態域名（míng）和APN專線，推薦使用APN通道，確保數據（jù）和控製可靠。

當線路正常運行時，通訊主機（采集器）定期輪詢（xún）每隻指示器或由指示器主動上報，指示器按預設的通訊（xùn）策略進行應答或上報，將實時數據發送到通訊主機（采集器（qì））。通訊策略的含義是：指示（shì）器采用極低功耗（hào）設計，設計壽命為（wéi）8年以（yǐ）上（shàng），但（dàn）無線通訊能量較（jiào）大，不能完全依靠內部（bù）鋰電池供電，大（dà）部分能量要（yào）從（cóng）高壓導線感應取電。當負荷電流（liú）大於20A時（shí）可以完全取到通訊能量（liàng），在（zài）通訊（xùn）時可以做到“有問必（bì）答”或者定時（shí）主動（dòng）發送；當負荷電流小於20A時，隻能取到有限（xiàn）的電能，在通訊時會出現“兩問一（yī）答”或者定時主動發送的情況，其它時間指（zhǐ）示器內部無線通訊模塊都在休眠以減少電池損耗。值得一提的（de）是，由（yóu）於無線通訊劃分為64個獨立信道，無需對多隻指示器進行編碼和延時錯開時間發送，對於多隻指示器（qì）同時發（fā）送時也不會存在互相幹擾而（ér）導致通訊不上的情（qíng）況。

當線（xiàn）路出現短路故障時，指示器可以檢測到短路故障電流，如果符合（hé）特定的（de）短路（lù）故障（zhàng）判據，則本地翻牌顯示，並按照預設的時間參數自動複歸，也可以（yǐ）通過主站遙控複歸。同時，在通訊主機（jī）（采集（jí）器）輪詢到自（zì）己時將“及時應答”或者立即主動發送動作信息，將動作（zuò）信號、短路故障電流等數據發送到（dào）通訊主機（采集器），通訊主機（采集（jí）器）再通過GPRS方式將故（gù）障動作信息和故（gù）障數據打包（bāo）發到用戶手機或主站係統。

由於指示器的本（běn）地無線（xiàn）和通（tōng）訊（xùn）主（zhǔ）機（采集器）的GPRS網絡“一直在線”，並具（jù）有雙向、隨機發起主（zhǔ）動通訊的能力，所以（yǐ）主站在召喚（huàn）通訊主機（采集器）的數據的同時，還可以對通訊主機（采集器）和指示器下發參數和遙控命令，例如在線修改通訊主機（采集器）和指示器的參數，遙控DCU連接的開關合閘、分閘，遙控通訊主機（采（cǎi）集器）管轄的指示器閃燈、複歸等。

a) 短（duǎn）路故（gù）障檢測原理

對於短路故障，指示器提供（gòng）兩種可選擇的故障判（pàn）據：一種是電流突變法，一種是（shì）過（guò）流速斷定值法。

目前市麵上絕大多數模擬電路的故（gù）障指示器主要是采用電流（liú）突變法（fǎ），做得好的（de）廠家的短路判據為：

1. 線路“充電”時間：≥5S

2. 電流突變

當負荷電流IL小於等於200A時（shí），ΔI≥100A；

或（huò），當負荷電流IL大於200A時，ΔI≥1/2*IL。

3. 線路“停電”時間：≤5S 

該方法的優點是自動跟蹤負荷電（diàn）流大小，不用整定參數。其缺點一是在兩相接地、過流或過負荷短路情況下，短（duǎn）路電流是（shì）逐漸增大的，指示器（qì）因無法檢（jiǎn）測（cè）到電流突變而導致拒動；其缺點（diǎn）二是在很多農網線路，線（xiàn）路長，短路電流小，指示（shì）器因無法檢測到電流突變而導致拒動；其缺（quē）點三是（shì）在有些短（duǎn）路（lù）情況下，非故障出線（xiàn）、非故障（zhàng）分支、故障點後麵的線路如果（guǒ）帶有大型容性負載（例如（rú）高壓電容器）和感性負載（如大型電動機、水泵等），則會向故障點反饋（kuì）送電，導致非故障線路誤動。

由（yóu）於指示器（qì）的故障檢測參數可以通過本地無線或者主站在線修改，因此在管理比較規範的電力公司，我們推薦過流速斷法。該方法與變（biàn）電站微機保護裝置的故障（zhàng）檢測原理一致，不論是兩相接（jiē）地短路（電流緩慢增大），還是農網過流故障（速斷、過流定值整定很小），隻要變電站出口（kǒu）跳閘，指示器也能檢測（cè）到並給出故障指示，是目前可靠性和準確（què）性*高（gāo）的判據。為了防（fáng）止重合（hé）閘期間，非故障線路（分支）因重合閘（zhá）湧流（liú）導致誤動，指示器增加了“充電判據”，隻有帶電穩定運行（háng）30秒以後才開始檢測故障；為了（le）防止合閘湧流，指示器采取了“停電判據”，隻（zhī）有檢（jiǎn）測到線路停電（無流無壓）以後才會（huì）給出短路故（gù）障（zhàng）動作。

電纜接地故障檢測原理

對於三相電纜線路、變電站（zhàn）出線電纜、架空轉地埋電纜、地埋轉架空線路，還可以通過監測穩態零序電流（liú）大小來檢測單相接地（dì）故障，同時可以通過“捕捉（zhuō）”暫態零序突變電流的大小來輔助判斷單相接（jiē）地故障。三相電纜接地（dì）故障判（pàn）據為：

（1） 零序電流速斷或過流啟動（兩段式）：0～100A/0～9.99S（在線可設）；出廠默認參數（shù）為（wéi）速斷10A/500ms、過流（liú）5A/1S。
（2） 暫態（tài）零序電流增量（liàng）啟動：0～700A/0.01～3ms（在線可設），本地不指示，隻上報接地故障電流。出廠默認參數為零序（xù）暫態電流增量為40A。

電（diàn）流測量原理

指示器利用了CT（電流互（hù）感器）的原理來測（cè）量線（xiàn）路電流。當數字故（gù）障指示器掛在導線上時，一（yī）次電流會流經數字故障指示器的電流（liú）傳感器，電流傳感器產生CT二次（cì）信號，這個（gè）信號經過信號檢測電（diàn）路濾波、放大和采保，然後由低功耗單片（piàn）機做A/D采樣，*後計算出負荷電流（liú）、短路電流（liú）、首半波尖峰電流和接地動作電流值、穩態（tài）零序電流、暫態零序電流。電流傳感器主要包括：電流線圈、導磁棒、立柱、動板。電流線圈（quān）、導磁棒和立柱（zhù）下半部分都安裝在指示器殼體內部，已（yǐ）灌膠封死，立柱上半部分和動板（bǎn）裸露在外麵，便於安（ān）裝（zhuāng）和（hé）拆卸。整（zhěng）個電流傳感器就相當於（yú）開口CT（開啟式電流互感器）。

自取電（diàn）原理

電流互感器除了用於電流測量，還可用於在線取電（diàn）。在電流線圈基礎上再（zài）加取電線圈，就可以（yǐ）獲得一（yī）定的取電電流。取電電流經過特殊的取電電路和MCU控製電路就可以為數字故障指示器提供整機工作電源和無線通訊電源。數字故障指示器的自取電（diàn）功能可以減少電池損耗，提高產品使（shǐ）用壽命。一般來說，負荷電（diàn）流（liú）越大，取電電流越大，產品使用（yòng）壽命越長。

要裝置介紹

a) 主站

主站硬件（jiàn）主要由1台（tái）NT工作站或1台（tái）NT服（fú）務器+1台NT工作站組成。主站軟件主要包括（kuò）SCADA/FA、WEB發布、GIS係統接口等（děng）。

1） SCADA/FA功能

數據采集u

數據處理（包括計算量的處理）u

控（kòng）製和調節u

事件順序記錄（SOE）u

報警處理u

係統時鍾和時鍾同步u

通道監視與統計u

網絡拓撲和動態著色u

曆史數據和報表係統u

權限（xiàn）管理u

故障信息實時檢（jiǎn）測和故障定位u

故障指示器的動作信號糾錯和補漏u

無人值（zhí）班短信通知u

2） WEB發布（bù）

運（yùn）行狀況瀏覽u

故障通知和故障（zhàng）信息瀏覽u

運行數據和故障信息的曆（lì）史查（chá）詢u

3） GIS係統接口

向GIS轉發“二遙”實時數（shù）據u

接收並執行GIS下發的遙控、遙調命令u

數（shù）據采（cǎi）集器DCU

1） 功能（néng）特點

電纜故障在線監測係統體積小，重量輕u

 帶（dài）電裝卸u

開口CT取電（電纜），後備大容量鋰電池u

在線（xiàn）設置參數（shù）u

遙控翻牌/複歸、指示（shì）燈點亮/熄滅、兩路開關合/分閘遙（yáo）控、開（kāi）關位置/儲能狀態信息（xī）采集u

 防死機和少維護設計u

 對主站u采用GPRS通訊方（fāng）式和標準101通（tōng）訊（xùn）協議

對指示（shì）器采用本地無線調頻（pín）組網通訊方式u

2） 技術參數

電源：18V/20～60W太陽能電（diàn）池板組件，或18V/20～80VA開口CT取電u

電池：10～40Ah/3.6V可充電鋰電池（chí），或6～18Ah/12～24V鉛酸蓄電池u

 整機（jī）平均功耗： ＜50mA/3.6Vu

短距離調頻發送功率：＜20Ma/3.6V（持續向指示器（qì）發送巡檢命令時）u

 GPRS發送（sòng）功耗： ＜150mA/3.6V（持續（xù）向主站發送實時數據時）u

遙測：電流精度為±1%（200A額定電流時（shí））或者±1A（電流小於20A時）；電壓線性度優（yōu）於±5%；測溫（wēn）精度為±2℃（-55～150℃）。u

遙控：4路（lù）16A/30Vdc繼電器（qì）空接點輸出，AC2kV光電隔離，帶DC24V可控遙控電源和開關操（cāo）作電源（yuán）（100000Uf/35V開關驅動電容）u

 遙信：6路1～15mA/30Vdc開關位置輔助接點輸入，AC2kV光電隔離，帶DC24V可控遙信（xìn）電源u

 遙調：可在線設置1～30隻數字化故障和數據采集器本身的參數u

 u 通訊頻率（短距離無線）：420～440MHz（64個獨立調頻信（xìn）道，自動跳頻），40kbps（雙向），30～300米可調（灌膠（jiāo）以後、雙向通訊），具體參見BD-RF產品（pǐn）說明。

建議帶數字（zì）故障（zhàng）指示器數量：3～30隻（架空）、4～64隻（電纜）u

 設（shè）計壽命：10年以上（可充（chōng）電鉛酸蓄電池和鋰電池的壽命（mìng）分別為（wéi）3年、5年）u

 環境溫（wēn）度：-25℃～70℃u

 環境濕度：5～95%u

 防護等級：IP55u

 EMC等級：±8kV靜電放電、四級雷擊浪湧衝（chōng）擊u

b) 數字故障指示器指示器

1） 功能特點

微功耗和免維護設計u

從高壓導線小負荷電流開始取電u

檢（jiǎn）測相間短路u

檢測小（xiǎo）電阻、中電阻（zǔ）接地故障u

檢測小電流接（jiē）地係統單相接地故障u

檢測斷（duàn）相、停電、三相不平衡u

監測線路負（fù）荷電流、短路動作（zuò）電流u

監測線路接地電流、接地（dì）動作（zuò）電流u

監測線路對地電壓u

監測導線溫度（可選）u

帶電裝卸u

本地閃燈顯示u

定時/遙控複（fù）歸u

本地無線組網通訊，動（dòng）作信號和故障電（diàn）流主動上報u

本地和遠程在（zài）線調（diào）整參數u

防死（sǐ）機和免維護設計u

2） 技術參數

電源：4.8Ah/3.6V一次性鋰電池u

取電（diàn）功率：50uA-100mA/3.6V(一次負（fù）荷電流3A-600A)u

靜態平均功耗：25uA（指示器，例如BD2-A），12uA（BD-RF模塊）u

通訊平均功耗：50uA（每分鍾發送一（yī）次數據時）u

電流精度：±1%（200A額定電流或零序電流大於（yú）5A時）或者±1A（負荷電流小於20A或零序電流小於5A時）u

溫度精度：±2℃u

電壓線性度：優於±5%u

通訊頻率（RF）：420～440MHz（64個獨立信道自動跳頻） ，具體參見BD-RF產品說明u

通信（xìn）距離（RF）：30～300m（灌膠以後、雙（shuāng）向通（tōng）訊），具體參見BD-RF產品說明u

電壓等級（jí）：任意（出廠前確定），出廠默認為10～35kVu

負荷電流：0～600Au

零序電流：0～100Au

溫（wēn）度範圍：-55～150℃u

導線直徑：8～40mmu

三相電纜直徑：80～120mmu

短時耐受電流：40kA/4Su

故障複位時間：24h(1～48h可在線設置)u

可（kě）動作次數：不小於3000次u

環境溫度：-35℃～85℃u

環境濕（shī）度：5～95%u

防（fáng）護等級：IP65u

EMC等級：±8kV靜電放電（diàn）；±4kV浪（làng）湧衝擊u