CN105093061A - 一种配电网线路故障在线监测及告警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网线路故障在线监测及告警系统，该系统包括故障定位软件系统和配电线路故障指示器，故障定位软件系统与配电线路故障指示器相配合，故障定位软件系统包括站内接地选线装置、通信前置机、注入信号源和架空线路故障定位主站监控系统，接地选线装置和注入信号源用于单相接地故障定位，配电线路故障指示器、数据采集集中器为站外设备，数据采集集中器和故障指示器先组成一个子网，子网之间通过站内通信前置机构成一条线路的监测系统，故障定位软件系统与配电线路故障指示器通过射频采用级联的方式进行通信，故障选线上位机的故障定位软件系统与线路上具有通信功能的故障指示器相配合，在故障发生后的几分钟内即可在监控中心的地理信息系统图上给出故障位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，提高供电可靠性。

Description

一种配电网线路故障在线监测及告警系统

技术领域

本发明涉及到一种线路故障监测系统，尤其涉及到一种智能化的配电网线路故障在线监测及告警系统。

背景技术

随着智能电网建设的推进，电网公司逐步将将中低压配电线路纳入监控范围，但传统的故障指示器采用机械式的结构，只能完成短路故障的定位，无法实现线路的实时监控，线路出现问题后必须配合人工巡线才能确定短路故障位置，在中心点非有效接地系统中很难实现对接地故障的准确定位，无法满足电网公司的需求。

目前的故障指示器多存在故障判定种类单一，定位不准的问题，影响了其大范围推广。主要问题有：

（1）各种故障检测不准确。对于中性点小电流接地系统，单相接地故障检测及定位较为困难。传统的故障指示器不具备获取线路零序电流的能力，无法实现接地故障的检测和定位。

（2）电流互感器精度低。目前这些故障指示器一般都是直接利用粗糙夹具夹在线路上以形成导磁回路，由于腐蚀及弹簧弹力下降等原因，必然导致电流互感器的气隙过大及磁通回路不理想等情况，进而导致了电流互感器的精度降低，从而反映不出较小的电流变化。

（3）不能从全局层面判断故障。虽然目前市面上有几种无线传输模块可供选择，如GPRS,ZIGBEE，蓝牙等，但是要么是通信费用太高，要么是通信距离太短，或功耗太大，都不能很好地用在故障指示器上，这些原因直接导致了线路上的故障指示器都是单独判断、单独显示报警，不能从全局层面来综合判断故障点，从而降低了准确率。

（4）不具备故障信息上报功能。目前的架空线及电缆故障指示器一般采用故障时翻牌或亮灯等本地手段来显示故障发生，这需要电力公司组织专门巡线人员，此种方式大幅增加了巡线人员的工作量(特别是农网环境下，线路长达几十公里)，在消除人为判断因素和报警实时性上都存在很大缺陷。

（5）无法判断断线故障，传统故障指示器由于不具备远距离通信功能，线路发生断线或者被人为切断时，无法实现定位和报警。

另外，在配电网系统中，线路分之多，运行情况复杂，由于大风，雨，雷电，大雪等自然因素，周围环境因素或是农民焚烧麦秸，放炮都能造成线路突发故障，发生断线，短路、接地故障，倒杆等，造成断路器跳闸，大面积停电，交叉跨越处放电、接地短路等事故；其中单相接地故障占到总故障的七成之多，由于故障区段（位置）难以确定，给运维部门的检修工作带来不小的困难，尤其是偏远地区，查找起来更是费时费力。江苏省运检部门迫切需要一种产品，可迅速指明故障线路和故障点，减轻巡线人员的劳动强度，缩短故障排除时间，减少停电时间，提高供电质量，以此避免传统多次拉路合闸巡线给电力设备带来的影响。

针对上述存在的问题，迫切需要一种新型的型线路智能故障定位系统高效的检测出故障所在区段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电子式智能化配电网线路故障在线监测及告警系统，故障选线上位机的故障定位软件系统与线路上具有通信功能的故障指示器相配合，实现对输配电网络的无盲区实时监测，并在线路发生短路、接地和断线故障时提供精确的故障定位。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电网线路故障在线监测及告警系统，该系统包括故障定位软件系统和配电线路故障指示器，所述故障定位软件系统与配电线路故障指示器相配合，所述故障定位软件系统包括站内接地选线装置、通信前置机、注入信号源和架空线路故障定位主站监控系统，所述接地选线装置和注入信号源用于单相接地故障定位，所述配电线路故障指示器为站外设备，所述站外设备还设有数据采集集中器，数据采集集中器具备射频和GPRS通信功能，数据采集集中器和故障指示器先组成一个子网，子网之间通过站内通信前置机构成一条线路的监测系统，所述故障定位软件系统与配电线路故障指示器通过射频采用级联的方式进行通信。

所述配电线路故障指示器为二遥故障指示器，二遥型故障指示器包括故障指示器、GPRS数据传输终端和后台监控软件部分，二遥故障指示器端定时测量线路电流及线路故障状态，并将线路电流信息通过无线通信发送给二遥型配电监测终端，DCU接收到检测终端发送过来的数据，将线路数据或故障信息重新打包发往监控中心，监控中心后台软件收集整个电网中安装在各处DCU送来的线路信息，实现信息的处理存储及打印等功能，用户根据系统中DCU及新型故障指示器的安装情况绘制监控系统图，系统图绘制好后，系统的状态直接反应到系统图上，实现对配电系统的直观管理。

所述监控中心还包括一个短信收发装置，当系统发生故障时，相关DCU除了通过GPRS网络将故障信息发往监控中心外，还可通过短信的形式将信息发往短信收发装置，该装置通过串口将故障信息送给服务器，监控中心将处理过的信息通过短信形式发给相关工作人员。

本发明采用该系统后，其有益效果为：

本系统能准确定位相间短路故障、单相接地故障和断线故障。基于故障检测技术、无线通信技术和接地故障选线技术，可以自动高效的检测出故障（线路断线、相间短路和单相接地）所在区段。故障选线上位机的故障定位软件系统与线路上具有通信功能的故障指示器相配合，在故障发生后的几分钟内即可在监控中心的地理信息系统图上给出故障位置和故障时间的指示信息，实现对配电网络中各种故障的实时捕捉和定位，指示所监测线路的运行状态发生的变化并确认变化地点，并以声光报警、屏幕显示等方式告知值班人员，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，提高供电可靠性，大大提高故障处理能力，缩短处理时间，减小维护人员的巡线工作量，从而有效的降低停电带来的经济损失，并可以对人为盗割线缆行为及时报警，保护了国家财产不受损失。

整个系统具备：短路故障定位、接地故障定位（需要站内选线装置配合）、断线故障定位（可协助线路人员发现并定位线缆盗割区段）、电网负荷监测、最大负荷统计、LED故障指示和线路温度监测等功能；

故障指示器数据采集全程采用433MHz无线收发模块进行，不受GPRS信号覆盖问题的影响，通过中性电阻的切投实现信号源注入，在不影响电网运行的前提下实现了接地故障定位；智能化管理主站，整套系统由主站进行直接管理，在无人工介入情况下可实现功能并保持稳定运行。

二遥型故障指示器的应用，提高了配电网供电的安全性、可靠性等需求，实现对配电线路实时监测，及时发现故障隐患，安排检修避免故障发生；其次，在故障发生后，能实现故障信息的实时传输和故障准确定位，极大地减少了故障巡视时间，提高故障检修效率，增加线路运行的可靠性，降低线路运营成本。

附图说明

图1为本发明线路故障定位系统构成示意图。

图2为本发明线路故障定位系统组成示意图。

图3为本发明配电网监测系统示意图。

图4为本发明线路故障定位系统中数据集中器和故障指示器组网方式示意图。

图5为本发明线路故障定位系统中单相接地定位流程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，不能理解为是对本发明的限制；

根据图1所示，整个系统可以分为站内站外两大块，其中站内部分包括接地判断及选线设备及主站系统，站外主要是安装在线路上的故障指示器，站内外通过433MHz射频用级联的方式进行通信，如图4所示，现场数据集中器和故障指示器先组成一个子网，子网之间通过站内前置机构成一条线路的监测系统，通过现场监测和前置机中的软件分析处理对线路负荷进行监测，对故障进行定位，数据采集集中器同时具备433M射频和GPRS通信功能，射频技术实现数据的现场采集；GPRS网络实现数据的远程传输，站内系统由通信前置机、接地选线装置、注入信号源及主站组成，其中接地选线装置和注入信号源用于单相接地故障定位，对于短路和断线故障，只需要现场故障指示器与通信前置机及主站配合即可完成。

用短距离无线传输模块、GPRS网络等设备，将线路上的故障指示器和变电站端的接地故障选线设备、继电保护设备有机结合起来，综合判断线路的短路故障、接地故障，并对配电网断线点辅助定位。

如图2所示，线路上的故障指示器组通过互感器来测量负荷电流，并具备433MHz的短距离无线通信功能与通讯集中器进行数据交换，而通讯集中器起到远程中继的作用，它通过GPRS把故障指示器的报警信息传到远方主站，另外，故障指示器间也可进行无线级联通讯，使一台通讯集中器的管理范围得以扩大。

对于小电流接地系统，当产生接地故障时，由于接地电流小，因此不适用采用判大电流的方式作为故障的判断依据。因此发生接地故障时，要向线路中叠加进一个特征信号，通过故障指示器检测到特征信号的方式作为故障是否发生的判据。本方案采用在线路上外加接地变及特征信号注入源的方式来达到这一要求。

当发生线路故障时，后台主站通过通讯集中器接收到故障指示器发出的报警信息，并线路拓扑进行判断，找出故障位置，并发出短信。

对于故障指示器、通讯集中器、接地变及注入源和后台主站安装也非常重要，故障指示器直接悬挂于10kV电网上，一般在关键的点位安装，其安装选点原则为：线路分支点、架空线入地及上杆点、当单级通讯距离大于400米时，需要加装指示器，以实现通讯级联、每个故障指示器采用独立的标识编码（标识编码必须对应相应的杆号和线路相序），安装时必须进行记录，以便主站进行正确配置，当发生故障时，主站就可找出发生故障的类型及位置（杆号）。通讯集中器采用太阳能蓄电池供电，安装时需要考虑太阳照射条件较好的地点及角度，同时兼顾与故障指示器的通讯距离，尽量能管理到更多的故障指示器。在变电站任一回出线上安装接地变，以人为制造一个系统中性点，同时安装一套特征信号注入源，以便发生接地故障时得以采用特征信号的判断方法来判断故障。后台的安装需要具备一台工控机、以太网络，并有一个固定IP和短信猫，当发生故障时可以短信的形式把故障位置通知有关人员

对于短路故障，系统通过线路上的故障指示器进行检测并上报。再由集中器进行整理故障数据上报给主站，由主站进行故障定位。

如图5所示，利用变电站内的接地故障判断选线诊断装置，实时监控变压器中性点的零序电压，辨识是否出现单相接地故障，若为单相接地则选出具体故障相线路以及故障相，通过站内的故障诊断装置将接地故障定位在某线路的某一相上。当判断出单相接地故障为稳定故障时，投入信号源，注入偶次谐波，而故障点前后的幅值相差至少达到10倍；同时故障接地选线装置通过通信前置机召回故障相线路上的故障指示器的实时偶次谐波电流数据，通过对比采集到的偶次谐波幅值大小，判断出发生突变的两个故障指示器即可判断出故障发生的具体区段。

对于接地故障，如果是中性点有效接地系统，则故障定位和短路故障一样。如果是中性点非有效接地系统，则定位过程要复杂一些，主要包扩故障选线与故障定位两个步骤。故障选线就是确定故障发生在哪一条出线。故障选线一般通过变电站内设备实现，对于消弧线圈接地的系统，选线的难度相对较大。故障定位就是确切地判定故障点在哪两个故障指示器之间。目前主要采用信号注入法进行定位。所以当中性点非有效接地系统发生接地故障时，首先由变电站内的接地选线设备确定是哪条出线发生了问题。然后在中性点注入特征信号，由线路上的故障指示器进行测量。之后集中器读取出线上的故障指示器的数据后上报给主站。最后由主站进行故障定位。

如图3所示，所述配电线路故障指示器为二遥故障指示器，二遥型故障指示器包括故障指示器、GPRS数据传输终端和后台监控软件部分，配电网监测系统中，二遥故障指示器端定时测量线路电流及线路故障状态，并将线路电流信息通过无线通信发送给二遥型配电监测终端，DCU接收到检测终端发送过来的数据，将线路数据或故障信息重新打包发往监控中心，监控中心后台软件收集整个电网中安装在各处DCU送来的线路信息，实现信息的处理存储及打印等功能，用户根据系统中DCU及新型故障指示器的安装情况绘制监控系统图，系统图绘制好后，系统的状态直接反应到系统图上，实现对配电系统的直观管理。

所述监控中心还包括一个短信收发装置，当系统发生故障时，相关DCU除了通过GPRS网络将故障信息发往监控中心外，还可通过短信的形式将信息发往短信收发装置，该装置通过串口将故障信息送给服务器，监控中心将处理过的信息通过短信形式发给相关工作人员。

通常线路故障跳闸后，巡线时间均在3小时以上，多则半天才能找出故障点。安装故障指示器后，巡线人员根据故障指示器指示，快速确定短路时间及接地故障区段。巡线时间缩短至1小时，巡线人员也由过去的6—8人减少至3—4人．改变了过去盲目巡线，分段合闸查找故障区段的落后方法，从而节省故障查找时间，减小巡线人员查找故障的劳动强度，缩小停电范围，弥补了输供电故障查询的不足，提高巡线效率和供电可靠性。

Claims (3)

1.一种配电网线路故障在线监测及告警系统，其特征在于：该系统包括故障定位软件系统和配电线路故障指示器，所述故障定位软件系统与配电线路故障指示器相配合，所述故障定位软件系统包括站内接地选线装置、通信前置机、注入信号源和架空线路故障定位主站监控系统，所述接地选线装置和注入信号源用于单相接地故障定位，所述配电线路故障指示器为站外设备，所述站外设备还设有数据采集集中器，数据采集集中器具备射频和GPRS通信功能，数据采集集中器和故障指示器先组成一个子网，子网之间通过站内通信前置机构成一条线路的监测系统，所述故障定位软件系统与配电线路故障指示器通过射频采用级联的方式进行通信。

2.根据权利要求1所述的配电网线路故障在线监测及告警系统，其特征在于：所述配电线路故障指示器为二遥故障指示器，二遥型故障指示器包括故障指示器、GPRS数据传输终端和后台监控软件部分，二遥故障指示器端定时测量线路电流及线路故障状态，并将线路电流信息通过无线通信发送给二遥型配电监测终端，DCU接收到检测终端发送过来的数据，将线路数据或故障信息重新打包发往监控中心，监控中心后台软件收集整个电网中安装在各处DCU送来的线路信息，实现信息的处理存储及打印等功能，用户根据系统中DCU及新型故障指示器的安装情况绘制监控系统图，系统图绘制好后，系统的状态直接反应到系统图上，实现对配电系统的直观管理。

3.根据权利要求2所述的配电网线路故障在线监测及告警系统，其特征在于：所述监控中心还包括一个短信收发装置，当系统发生故障时，相关DCU除了通过GPRS网络将故障信息发往监控中心外，还可通过短信的形式将信息发往短信收发装置，该装置通过串口将故障信息送给服务器，监控中心将处理过的信息通过短信形式发给相关工作人员。