数字故障指示器、故障定位及在线监测(控)系统

解决方案Solution服务Service技术产品Technology智能电网——故障定位及在线监（控）系统一、名词解析1.智能电网:下一代电网，坚强的电网、干净的电网、互动的电网、高科技的电网。2.故障定位:检测短路、接地、过流、过负荷、过温、三相不平衡、断线、停电、窃电、电力设备非法移动等故障状态，在本地和远程指示，并自动定位故障点（故障区段）。3.在线监测（控）:实时监测线路（或设备）的运行状态，例如负荷电流、零序电流、短路故障电流、接地故障电流、线路对地电场、电缆头温度、开关位和储能位、线电压和功率等，在本地和远程显示，即遥测和遥信。还可以在本地或远程对电动开关、终端设备进行“遥控”，对现场的终端设备进行参数调节（遥调）。4.数字故障指示器:相对用模拟电路做的普通故障指示器而言，可理解为安装在电力线路上的带通讯的智能传感器，带信号采样、物理量计算、数据存储、报警分析、无线通讯、自取电等功能。因为数字故障指示器的通讯距离有限，所以要在附近安装1台远程通讯设备【数据采集器】才能与主站通讯。1台数据采集器可以管辖周边3～30只数字故障指示器，并根据需要可以连接2台同杆架设开关。5.系统:指一遥、二遥、三遥、四遥SCADA/FA/WEB/GIS系统，包含现场的在线监测终端和远程通讯设备。SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）是指数据采集与控制，FA（FeederAutomation）另指故障定位以后的短信通知或自动遥控开关，其中WEB（WorldWideWeb）、GIS（GeographicalInformationSysterm）为可选。二、故障指示器及其系统分类1.纯短路：纯短路故障指示器，例如LPK0-A，LPK0-C2.纯接地：电缆零序CT指示器，例如LPK1-E，LPK2-E【可在线设置参数和遥控复归】3.二合一：检测短路、接地的故障指示器【可选在线设置参数和遥控复归功能】，例如LPK1-A，LPK1-C。单向通讯，只收不发。4.三合一：检测短路、接地，带测量的故障指示器，一般是指用光纤通信的电缆型故障指示器。单向通讯，只发不收。5.四合一：检测短路、接地，带测量的、可遥控翻牌复归和在线调整参数的故障指示器，例如LPK2-A，LPK2-B，LPK2-C。双向通讯，无线跳频。6.一遥系统：带动作信号远传的“二合一”指示器及其系统。本地单向通讯，远程发短信。7.二遥系统：带动作信号和测量数据远传的“三合一”指示器及其系统。本地单向通讯，远程发短信或GPRS。8.三遥系统：带动作信号和测量数据远传、可遥控翻牌复归的“三合一”指示器、可遥控开关和采集开关状态的数据采集器及其系统。本地双向通讯，远程GPRS。9.四遥系统：带动作信号和测量数据远传、可遥控翻牌复归、可在线调整参数的“四合一”指示器，可遥控开关、采集开关状态和调节变压器分接头的数据采集器及其系统本地双向通讯，远程GPRS。三、短路、接地故障检测方法分类1.短路故障判据（1）自适应负荷电流的过流突变法（含充电、停电判据）（2）速断、过流法（含充电、停电判据）2.接地故障判据（1）、检测零序基波大小和方向。线路结构复杂和有消弧线圈时不可靠。数字故障指示器LPK2-E检测了零序基波大小。（2）、检测零序5次谐波大小和方向。电压有波动和有非线性负荷时不可靠。（3）、零序暂态分析法。负荷不同步投切和远离接地点时不可靠。数字故障指示器LPK2-E检测了零序暂态突变电流。（4）、首半波法。首半波接地电流方向和负荷波动大时不可靠。数字故障指示器LPK1和LPK2系列检测了首半波电流和对地电压。（5）、杂散电容瞬时放电暂态分析法。暂态尖峰电流方向和负荷波动大时不可靠。数字故障指示器LPK1和LPK2系列检测了暂态尖峰电流和暂态电压。三、短路、接地故障检测方法分类（6）、小电阻接地法。中性点接地方式改变，用零序两段式保护来检测接地故障。数字故障指示器完全适用于这样的系统。（7）、中电阻智能接地，一种信号源方法。通过开关序列控制，让中性点经中电阻有规律地间歇性地接地，以放大接地信号并重复接地过程。数字故障指示器的程序经过简单更改，完全适用于这样的系统。（8）、高压脉冲/低频电流法，一种信号源方法。先拉闸停电，通过高压电容对故障相线进行放电，或持续加直流分量电流，然后再加一个低频分量电流。数字故障指示器的程序经过简单更改，完全适用于这样的系统。（9）、人工或自动合闸试送电法。参考【解决方案】里的“单相接地故障查找方法汇总”。数字故障指示器与数据采集器配合，就可以实现这样的馈线自动化功能。GPRS&InternetFCIDCUSCADA/FA/WEB/GIS四、系统组成（通信网络）1.本地无线组网：FHSS2.远程无线组网：GPRSorCDMAor3GFHSSFCI：数字故障指示器（FaultCurrentIndicator）DCU：数据采集器（DataCollectUnit）FHSS：跳频通讯（Frequency-HoppingSpreadSpectrum）四、系统组成（工程配置）1.主站：1台服务器（计算机）+1个短信猫+1套主站软件2.监测点：3～30只数字故障指示器+1台数据采集器主站SCADA配网单线图系统组成示意图SCADA/FA/WEB/GIS五、数字故障指示器的创新点1.外观结构采用独特的外观和结构设计，已申报专利。安装工具（托杯）的设计也与众不同，操作更方便。LPK2-CLPK1-CLPK0-CLPK2-ELPK1-ELPK2-A，2-BLPK1-ALPK0-A安装工具：托杯五、数字故障指示器的创新点2.材料工艺卡线结构采用特殊配比的不锈钢软磁材料和热处理工艺，其起始导磁率远远高于普通故障指示器的铁素体和电工纯铁材料。线路板采用表贴和机器焊接、机器灌胶工艺。LPK1系列LPK2系列LPK0系列电子灌封胶：AB胶自动灌胶机五、数字故障指示器的创新点3.创新技术（1）提供信号已经量化的、可在线调整参数的速断/过流和自适应负荷电流的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，使得检测短路故障更灵活、更准确。T(S)ILIFT1T2T3IL－负荷电流≥10AIF－故障电流≥50A；400A；500A（设置参数）T1－充电时间≥30ST2－故障持续时间≥0.02ST3－停电时间≥0.3S图2：FCI短路故障特征电流、电压波形图I（A）U（V）I（A）、U（V）五、数字故障指示器的创新点3.创新技术（2）提供信号已经量化的、可在线调整参数的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，使得检测接地故障更灵活、更准确。T(S)ILIZT1T2T3IL－负荷电流≥10A△IZ－首半波尖峰电流突变量≥40A△Uz－接地相电压下降比例≥40%T1－充电时间≥30ST2－故障持续时间≥1msT3－接地相电压持续下降和不停电时间≥180S图4：FCI接地故障特征电流、电压波形UZ△UZI（A）、U（V）从主站监测到的某监测点的A相接地故障动作曲线图从主站监测到的某监测点的A相接地故障动作曲线图关键技术：将暂态信号从负荷电流、对地电压中提取出来！C相对地电压发生变化！零序电压，在架空线上检测困难！零序电流，在架空线上检测困难！三相电压+零序电压三相电流+零序电流从变电站监测到的某条出线的C相接地故障录波图五、数字故障指示器的创新点（3）采用无线调频通讯方式和64信道自动跳频技术，数据带加密和CRC校验，很好地解决了多主、双向通讯时的无线碰撞和干扰问题，并通过特殊的无线握手协议来实现极低功耗的无线组网通讯。具备“四遥”通信、故障定位、在线监测和配网自动化接口功能。（6）提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。数字故障指示器的“四遥”定义：遥信：短路、接地故障动作信号主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥测：线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、电池和取电电压等主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥控：遥控指示器翻牌、复归等。遥调：在线读、写短路和接地故障检测参数、自动复归时间、无线通讯等参数。六、数据采集器的创新点1.结构工艺采用铝合金材料，全户外密封结构设计，防水、防潮、防锈蚀。体积小、重量轻，接线简单，安装方便。LPK-DCU0LPK-DCU1六、数据采集器的创新点2.本地采用微功耗RF无线跳频组网通讯技术，远程采用低功耗GPRS通讯技术，本地和远方通讯都“实时在线”时的平均功耗低于0.3W。3.实现了太阳能电池板在阴雨天气和开口CT在小负荷电流条件下的取电技术，为无线通讯和后备电池提供电能，产品使用更长久。架空线路：采用太阳能电池板供电电缆系统：采用开口CT取电六、数据采集器的创新点从主站监测到的数据采集器的电池电压和充电电压曲线图晚上的充电电压白天的充电电压锂电池电压六、数据采集器的创新点4.每台数据采集器最大可配置30只数字故障指示器，单方向通讯距离最大可达到1公里。5.可连接两台同杆架设的开关，实现了开关位置和储能状态信号采集、开关合分闸控制等功能。6.提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。数据采集器的“四遥”定义：遥信：指示器动作信号、开关位置等信号主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥测：线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、后备电池和充电电压、温度等主动上报和远传，并可被实时召唤和读取。遥控：遥控指示器翻牌复归、开关合闸分闸等。遥调：在线调整指示器和采集器的参数。七、纯短路数字故障指示器LPK0-A、0-C简介适用于110V以下中性点不接地或者经消弧线圈接地系统的架空线路，检测短路故障并给出指示。1、自适应负荷电流的“过流突变”短路故障判据（1）线路上电：电流≥2Aor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：电流≤2Aand电压≤1kVtI图6-5It图6-1It图6-2It图6-3It图6-42、技术参数线路电压：任意（出厂前设定）负荷电流：0～600A最大短路电流：40kA导线直径：8～40mm（绝缘线、裸导线）复位时间：1～48h(默认24h)，智能复归（即恢复送电以后立即复归）环境温度：-35℃～85℃可动作次数：3000防护等级：IP65重量：≤500g使用寿命：≥10年3、功能特点短路判据：采用过流突变法，自动跟踪负荷电流，不用设置动作参数；防重合闸涌流误动和小电流突变拒动。自动复位：1～48h出厂可设，或者智能复归（即恢复送电以后立即复归）带电装卸：使用标准的绝缘操作杆，无需特殊工具显示方式：LED发光，翻牌显示七、纯短路数字故障指示器LPK0-A、0-C简介适用于110V以下中性点不接地或者经消弧线圈接地系统的架空线路，同时检测接地、短路故障并给出指示。带自取电、本地无线设置参数和遥控复归。1、短路故障判据（内嵌无线模块，可在线修改参数）（1）线路上电：电流≥3A（或10A）or电压≥3kV（30秒以上）（2）速断或过流启动：0～700A/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LPK0-A产品）。1-A（110kV）为0～4000A/0～9.99S（在线可设）（3）线路停电：电流≤3A（或10A）并且电压下降70%（10秒钟内）2、接地故障判据（内嵌无线模块，可在线修改参数）（1）线路上电：电流≥2Aand电压≥3kV（30秒以上）（2）接地暂态电流增量：≥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：≥2A3、三相电缆接地故障判据（1-E）（1）零序电流速断或过流启动（两段式）：0～100A/0～9.99S（在线可设）八、短路、接地二合一数字故障指示器LPK1-A、1-C、1