CN106556766A - 一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，属检测领域。其在配电网架空线路杆塔的三相线路上分别对应设置一个线路状态波形检测器；在配电网架空线路的杆塔上设置一个太阳能供电监测终端；每个线路状态波形检测器与一个太阳能供电监测终端，成对地设置成一组配电网故障现场监测单元；在每条从变配电所至用户之间的架空线路上，设置有多组配电网故障现场监测单元。通过线路状态波形检测器，实时监测线路的电流和对地电场，就地检测短路故障，并在线路电流或电压异常变化时触发录波，通过太阳能供电监测终端，将短路故障遥信信号和录波波形上传给监控主站，根据遥信信号进行短路故障定位，并根据录波波形进行接地故障检测定位。

Description

一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统

技术领域

本发明属于检测领域，尤其涉及一种用于配电网线路运行状态的监测方法及装置。

背景技术

电力系统中电源来自发电厂，并通过高压或超高压输电网络传送到负荷侧，然后由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户，这种在电力网中主要起分配电能作用的网络就称为配电网络，简称配电网。

在电力系统中，配电网是影响用户供电可靠性的短板。配电网的投资相对不足，自动化水平低，是一个十分薄弱的环节，世界各国都有这个问题，在中国这一问题更为突出。根据2009年的统计数据，扣除缺电因素，目前中国用户的停电时间95％以上都是由配电网引起的。

配电网常见的故障主要有短路故障和接地故障。短路故障包括三相短路和两相短路，接地故障常见类型是单相接地故障。对于短路故障的检测技术上已经很成熟，而对于单相接地故障的检测，特别是对于小电流接地配电网的单相接地故障，目前还缺乏有效的方法，被公认为世界性难题。

中国和一些国家的配电网多为小电流接地配电网，绝大多数故障都是单相接地故障。小电流接地配电网主要优点在于：单相接地故障时未形成短路回路，系统中只产生很小的接地电流，三相线电压依然对称，并不影响系统的正常工作。中国电力规程规定，发生单相接地故障时，小电流接地配电网可带故障继续运行1～2小时。这样能够提高供电的可靠性，得到了广泛的应用。

但是发生单相接地故障后，必须尽快找到单相接地故障点，排除故障。否则接地故障产生的过电压，可以导致电缆爆炸、电压互感器PT烧毁、母线烧毁等电力系统事故。同时接地线路如果当作正常线路长期运行，会给当地居民、家畜安全带来极大的隐患。2010年，广西河池市发生配电架空线路单相高阻接地长期运行，导致人身触电死亡事故。此类恶性事故案例时有发生，极大地威胁了电网安全生产。

随着配电网线路及其设备老化程度的不断加深，生产及运行维护人员的管理压力不断加大，疲于应付线路设备故障查找及处理。

配电网故障的诊断离不开数据采集的信息完备性，在人口密度低、城市化程度不高的郊区及农村，甚至部分城区都难以实现配网自动化。

对于实现更为理想的故障诊断技术而言，研究信息完备、分析功能强的故障诊断技术，成为许多业内学者和技术开发人员的目标。

目前，基于简单阀值法、特征量统计的传统故障指示器在技术上和可靠性上已无法满足现实需求。

国内大多数配电网采用的是中性点不直接接地系统，这类系统发生单相接地故障时，因故障电流较小，故障特征复杂，因而故障点的查找非常困难。

在目前是实际工作中，迫切需要提供与配电网络运行状态监测、故障隐患预警、故障识别及定位等相关的监测与故障诊断分析技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其在配电网架空线路杆塔的A、B、C三相线路上，分别对应设置线路状态波形检测器；在配电网架空线路的杆塔上设置太阳能供电监测终端；通过安装在A、B、C三相线路上的线路状态波形检测器，实时监测线路的电流和对地电场，就地检测短路故障，并在线路电流或电压异常变化时触发录波，通过安装在杆塔上的太阳能供电监测终端，将短路故障遥信信号和录波波形以遥信信号的形式上传给系统主站，系统主站软件根据遥信信号进行短路故障定位，并根据录波波形对配电网架空线路进行接地故障检测定位。

本发明的技术方案是：提供一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，包括安装在配电网架空线路各个监测点上的监测设备和设置在监控主站中的主站软件，其特征是：

在配电网架空线路杆塔的A、B、C三相线路上，分别对应设置一个线路状态波形检测器；

在配电网架空线路的杆塔上设置一个太阳能供电监测终端；

每个线路状态波形检测器与一个太阳能供电监测终端，成对地设置成一组配电网故障现场监测单元；

在每条从变配电所至用户之间的架空线路上，设置有多组配电网故障现场监测单元；

所述的线路状态波形检测器包括采集单元，采集单元将线路电流、对地电场、故障状态、是否带电、线缆温度、取电功率、电池电压信息通过无线装置，与太阳能供电监测终端中的汇集单元进行周期性的同步授时；

所述的太阳能供电监测终端包括汇集单元，汇集单元依据交流采样的三相电流、电场相互合成电流、电场信号，可实现接地故障就地精准检测、定位故障波形上传至主站系统，用于线路故障分析、反演及溯源；进行遥信信号的合并；

当有单相线路故障时，触发故障相线路的采集单元进行故障录波，采集故障时标和实时采样数据，同步触发其他两相采集单元故障时标和实时采样数据；录波数据通过无线传输，汇集单元接收数据帧后，在此前已采样带时标的数据中提取故障时刻非故障电流采样数据，及时复现故障时刻电流波形，准确判断线路故障；

位于监控主站中的主站软件，依托大数据综合处理系统，将高精度、高采样率的电流录波数据和负荷电流检测数据，进行软件处理和分析，得到转供、线路拓扑调整的谐波电流监测曲线，进而分析故障发生、演变的过程，进行故障溯源反馈，准确识别短路、接地故障，精确定位故障区段；监控主站将处理好的故障信息和定位故障区段通过GPRS通信方式，下发给巡线工作人员，指导故障巡线、运维检修工作，以提高供电可靠性；

所述的配电网故障监测系统，借助基于大数据的配电线路波形综合监测主站和分析技术，采用模拟量及数字量方式的数据采集和整合功能，集成在线监控应用软件实现遥测，遥信，遥控及故障线路保护功能，可以对线路故障、线损、电能质量等线路状态进行分析，为优化配电网结果提高全面可靠的数据支撑。

具体的，所述的采集单元包括太阳能电池、大容量锂电池、取电线圈、采样线圈、电源管理电路、采样调理电路、主控电路、无线收发电路、温度传感器电路、LED显示电路和翻牌电路模块组成；所述的采集单元实现小电流感应取电、太阳能取电、无线通信、电场采样、温度测量、时钟同步等功能，结合CPU的低功耗特性，通过时分复用的方法，在系统采样和CPU功耗之间取得平衡。

具体的，所述的采集单元检测所在线路相的线路故障，可杜绝误动、拒动；在识别线路故障工况后，准确检测相间短路、单相接地故障，通过信号处理和运算，自动确定故障电流报警动作值；有效防止负荷波动、合闸励磁涌流等导致的误动、拒动；具有反时限动作特性，最大限度地配合变电站保护特性，避开瞬时扰动，确保动作正确。

进一步的，当出现故障，所述的采集单元利用安装在采集单元内部的LED发出故障报警信号，通过其360°全视觉的状态指示，通过多种闪烁频率组合显示当前线路的工况，合理判断故障情况，并反馈给工作人员做相应处理。线路故障消除恢复供电后，可通过复位方式对故障报警信号自动复归、置位。

进一步的，所述的采集单元通过集成的监控软件对采集来的数据进行数据处理和计算，实现远程摇测功能，其可直接采集的遥测量包括所在架空线路的三相电压和三相电流；通过计算，得到下列遥测量：

(1)每相架空线的电场强度、负荷电流、突变量电流、温度、后备电池电压、取电电压；零序电流、零序电压；

(2)每相架空线的频率；

(3)信号强弱；

(4)对遥测死区范围设置功能；

(5)具有历史数据存储功能，存储间隔最小30秒，存储容量大于30天。

进一步的，所述的采集单元在线路自主运行工况下，通过远程无线维护运行参数，更新故障判据或升级软件程序。

进一步的，所述的汇集单元依靠20W太阳能电池板、超级电容与免维护铅酸蓄电池组成高冗余、高可靠性电源系统，其与主站之间的通讯依靠IEC101、IEC104规约或电力遥信通信规范；支持分布式馈线自动化，同时支持开关遥信、遥测、遥控信号量和DC24V可控遥信电源/遥控电源，开关电源操作。

进一步的，在监测线路工况时，所述的配电网故障监测系统采用短距无线和远程无线混合组网技术，运用各种网络拓扑，主动定期的上报故障状态，通信传输双向确认和重传，已确保数据传输过程中的可靠性。

进一步的，所述的采集单元的故障传输时间可通过人为设置来改变，以便更灵活地实时掌握线路运行状态，同时可有效降低无线通信流量资费，确保成本控制。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.借助基于大数据的配电线路波形综合监测主站和分析技术，对包括线路故障、线损、电能质量等线路状态进行分析，为优化配电网结果提高全面可靠的数据支撑；

2.采用模拟量及数字量方式的数据采集和整合功能，集成在线监控应用软件，可实现遥测，遥信，遥控及故障线路保护功能；

3.是配电网自动化建设的重要模式，能够发挥配电网生成管理的基础功能，保护线路故障快速定位和查找，线路运行负荷检测；可为配电自动化的大规模应用打下技术基础，对现场的配电自动化实用化运行水平的提高，有着较大的理论研究价值和实践应用价值；特别适合中小城市配电网自动化建设模式或大型城市配电网自动化改造补充项目。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明动态波形检测器数字量采集原理图；

图3是本发明无线发射模块中CC1101芯片的原理图；

图4是短路电流故障判据示意图；

图5是接地故障检测判据示意图；

图6是短路故障示意图；

图7是短路故障录波结果示意图；

图8是线路运行方式拓扑视图；

图9是线路运行方式意图。

图中1为线路状态波形检测器，2为太阳能供电监测终端，3为配电网架空线路，4为GPRS无线网络，5为系统主站，6为短路故障点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

传统的故障抢修主要通过调度下发或用户报修得知线路有故障发生，然后花费大量人力、物力对线路进行拉网式巡查或逐级排查找到故障点，再将故障处理后恢复供电，这种盲目式的配网故障处理方式导致故障抢修较为被动，需要花费大量的时间确定故障点，费时费力；尤其是配网系统的单相接地故障，单相接地故障查找难度大，故障检测方法准确率不高，成为影响故障停电的主要因素。

图1中，本技术方案包括安装在配电网架空线路各个监测点上的监测设备和设置在监控主站中的主站软件，其发明点在于：

在配电网架空线路的A、B、C三相线路上分别对应设置线路状态波形检测器；

在配电网架空线路的杆塔上设置太阳能供电监测终端；

每个线路状态波形检测器与一个太阳能供电监测终端成对地设置成一组；

所述的线路状态波形检测器与对应的太阳能供电监测终端之间设置短距离无线通信网络；

每个太阳能供电监测终端经GPRS无线网络与系统主站进行远距离无线网络连接；

通过安装在A、B、C三相线路上的线路状态波形检测器，实时监测线路的电流和对地电场，就地检测短路故障，并在线路电流或电压异常变化时触发录波，通过安装在杆塔上的太阳能供电监测终端，将短路故障遥信信号和录波波形以遥信信号的形式上传给系统主站，系统主站软件根据遥信信号进行短路故障定位，并根据录波波形对配电网架空线路进行接地故障检测定位，指导运维检修工作，提高电网的可靠性。

其中，采集单元是线路状态波形检测器的核心传感单元，其依托创新的小电流自取电技术和无线通信技术，可实施上报线路检测数据。同时具备故障定位，故障隔离后自动重构(Automatic Transfer)，故障处理，自动恢复功能，故障处理功能自动投退功能。

具体的，采集单元将线路电流、对地电场、故障状态、是否带电主要信息，线缆温度、取电功率、电池电压等辅助信息通过无线装置，与太阳能供电监测终端中的汇集单元进行周期性的同步授时。

当有单相线路故障时，触发故障录波采集故障时标和实时采样数据，同步触发其他两相采集单元故障时标和实时采样数据。录波数据按照规定的通信格式通过无线传输，汇集单元接收数据帧后，在此前已采样带时标的数据中提取故障时刻非故障电流采样数据，及时复现故障时刻电流波形，更精准判断线路故障。在同步触发录波过程中，必须保证采集单元处于无线接收状态。使用规定的应答机制，确保采集单元与汇集单元链接正常。

在监测线路工况时，采用短距无线和远程无线混合组网技术，运用各种网络拓扑，主动定期的上报故障状态，通信传输双向确认和重传，已确保数据传输过程中的可靠性。采集单元的故障传输时间可通过人为设置，更灵活地实时掌握线路运行状态，同时可有效降低无线通信流量资费，确保成本控制。

汇集单元是太阳能供电监测终端与系统后台主站交互的桥梁，借助短距离无线和远程无线混合组网技术，使得太阳能供电监测终端具有通道监视、切换及故障报警能力，支持系统诊断、自愈以及通信中断恢复后数据续传功能。太阳能供电监测终端具备无线通信能力，可通过远程控制来修改设备参数、整定值。通过采用太阳能和免维护蓄电池主备供电的高可靠电源系统，保证系统稳定可靠，主站工作人员可对线路工况信息和故障信息实时监测。

具体的，汇集单元利用短距离无线网络技术接收采集单元发送来的线路故障信息、负荷电流数据，支持星形拓扑网络结构；借助基于2.5G/3G无线网络的电流VPN专网与主站监测平台建立通信，将线路运行数据信息上传至主站，实现对配电网络的故障信息和运行工况的监测。单元支持IEC101、IEC104等规约，可扩展。通信模块的工业设计采用国际主流厂商工业级无线通信芯片，具备通道监测、通道切换和故障报警功能，支持系统诊断和自愈；支持通信中断恢复后数据续传，防止数据丢失。

位于监控主站中的主站软件，依托大数据综合处理系统，将高精度、高采样率的电流录波数据和负荷电流检测数据，进行软件处理和分析，得到转供、线路拓扑调整的谐波电流监测曲线，进而分析故障发生、演变的过程，进行故障溯源馈，准确识别短路、接地故障，精确定位故障区段。监控主站将处理好的故障信息和定位故障区段通过GPRS通信方式，上发给巡线工作人员，指导故障巡线、运维检修工作，以提高供电可靠性。

借助基于大数据的配电线路波形综合监测主站和分析技术，本技术方案可以对包括线路故障、线损、电能质量等线路状态进行分析，为优化配电网结果提高全面可靠的数据支撑。

其采用模拟量及数字量方式的数据采集和整合功能，集成在线监控应用软件实现遥测，遥信，遥控及故障线路保护功能。

图2中，本技术方案中的采集单元采用高精度的4kHz电流采样和对地电场检测技术(主要是电子式电流互感器)，可在线路电流0～630A范围内获得±1％的测量精度，准确测量电流跃升和停电，实现精准检测短路故障；采用高灵敏度检测线路对地电场幅度±0.5％的变化(不受同杆线设多回线影响)，可精确识别线路工况，准确检测相间短路、单相小电流接地等故障。线路故障或召测时更可对电流录波，以供积累运行经验，持续改善。

采集单元能连续采集所需数据，采样周期满足要求，并能进行系数换算等简单处理。

采集单元的硬件结构主要由太阳能电池、大容量锂电池、取电线圈、采样线圈、电源管理电路、采样调理电路、主控电路、无线收发电路、温度传感器电路、LED显示电路和翻牌电路模块组成。各模块实现功能如下：

A、小电流感应取电：

线路电流10A以上不需要太阳能和电池参与，全部通过取电线圈取能给装置供电。

影响CT取电能力主要有铁磁材料的磁导率、磁芯截面积、磁力线长度、开口式结构等几方面因素。通过选取具有较高磁导率的铁磁材料，并结合上述因素在开口结构等关键点来提供取电能力。同时要注意负载阻抗匹配。

B、太阳能取电电路：

选取ADI公司的专用太阳能取电芯片完成相关电源管理工作。其集成了低启动电压的升压调节器和MPPT算法，同时还能对锂电池、超级电容进行充放电管理，非常适合用于太阳能给系统供电的应用。

C、无线通信：

其关键点在于低功耗。选取TI的CC1101实现，原理如图3中所示。

D、电场采样：

其原理是通过泄漏电流的大小来计算导线对地电压。通过测试10kV裸导线对大地的电容泄漏电流，来反推电场场强大小。

E、采样线圈：

传统的采样线圈只能无失真地获取45-55Hz的工频信号，400Hz以上的高频信号转换失真就十分严重了，当故障发生时，电流中的高频分量很多，如果使用传统的采样线圈，就无法获取故障电流真实的暂态波形。因此在本技术方案中，采样线圈使用高精度、高带宽的录波型CT。

F、温度测量：

本技术方案采用高性能的温度探头来监测导线的温度。温度探头由温度传感器芯片、圆筒形金属壳体和内部填充物组成，壳体内部填充物为绝缘性高和导热性好的石英粉，壳体表面使用环氧树脂固封。温度探头安装在数字故障指示器的顶部灌胶面上，并由灌胶固定。温度探头的裸露部分套在导热金属板上，装置安装导线或电缆头上时，温度探头产生的电流信号经过信号检测电路，传到AD采样电路，最后计算出温度值。

G、时钟同步：

结合CPU的低功耗特性，通过时分复用的方法，同时满足低功耗、时钟精度两方面指标要求，完成固指时钟同步。

H、采样及低功耗：

研究发现，通过DMA采样会大大增加系统功耗。

本技术方案结合CPU的低功耗特性，通过时分复用的方法，在系统采样和CPU功耗之间取得平衡。

采集单元检测线路故障，可杜绝误动、拒动。在识别线路故障工况后，准确检测相间短路、单相接地等，通过信号处理和运算，自动确定故障电流报警动作值；有效防止负荷波动、合闸励磁涌流等导致的误动、拒动；具有反时限动作特性，最大限度地配合变电站保护特性，避开瞬时扰动，确保动作正确。当出现故障，利用安装在采集单元内部超高亮的LED，通过其360°全视觉的状态指示，通过多种闪烁频率组合显示当前线路的工况，合理判断故障情况，并反馈给工作人员做相应处理。线路故障消除恢复供电后，可多种复位方式对故障自动复归、置位。

采集单元内置大容量、寿命长锂亚电池和超级电容，同时当线路电流在0～630A范围内可连续取电，线路电路在10A即可满足自供电运行的最基本要求，无需借助电池，延长整机系统的寿命。

采集单元通过集成的监控软件对采集来的数据进行数据处理和计算，实现远程摇测功能，其功能特性如下：

a)直接采集遥测量：包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic等模拟量。

b)计算得到下列遥测量：

(1)三相线电场强度、负荷电流、突变量电流、温度、后备电池电压、取电电压；零序电流、零序电压；

(2)频率；

(3)信号强弱；

(4)可对遥测死区范围设置功能；

(5)具有历史数据存储功能，存储间隔最小30秒，存储容量大于30天。

采集单元在线路自主运行工况下，通过远程无线维护运行参数，更新故障判据或升级软件程序。这样方便灵活，可维护性强。

采集单元的结构件采用防腐防锈处理，利用可靠的工业设计，可抗盐雾腐蚀。同时具备高等级的电磁兼容防护能力，极强的宽压宽温工作特性，实现IP67防护等级，确保在户外长时间苛刻环境安装稳定运行。整机结构在现场安装操作时，仅利用绝缘操作杆带电安装和拆卸，方便安全，且实施成本低。

本技术方案中的汇集单元主要依靠20W太阳能电池板、超级电容与免维护铅酸蓄电池组成高冗余、高可靠性电源系统，其与主站通讯主要依靠电力101、104规约。支持分布式馈线自动化，同时支持开关遥信、遥测、遥控信号量和DC24V可控遥信电源/遥控电源，开关电源操作。汇集单元在工作状态下，推荐使用交流电源供电。

汇集单元主板采用低功耗CPU和工业级无线电通讯模块，在通信程序设计上，采用了特殊的编程技术，实现了汇集单元与采集单元、汇集单元与后台主站平台软件之间以及极低功耗实时双向的通信功能。

汇集单元内置可选配的GPS授时模块，安装高增益有源天线，授时精度可达1us,通过使用短距无线进行无线授时，自动校准装置时钟，可以使线路监控器获得±100us精度的精度绝对时标。当接收不到对时命令时，具备守时功能。支持GPS对时，自适应秒脉冲/分脉冲/B格式。

当被控架空线路主开关的遥控切换开关放在“遥控”位置时，能接受后台自动化主站遥控命令，驱动对应开关。当装置重新开机、装置初始化或用户修改数据库时，控制输出应被自动闭锁，以避免产生误操作控制。

汇集单元能依据交流采样的三相电流、电场相互合成电流、电场信号，可实现接地故障就地精准检测、定位故障波形上传至主站系统，用于线路故障分析、反演及溯源；能进行遥信信号的合并等简单计算。

汇集单元采样太阳能电池板作为主电源，同时采用免维护长寿命可充电蓄电池作为备用电源。在有太阳能供电的情况下，优先使用太阳能电源板供电；在没有太阳能的情况下，使用备用电源供电，备用电源可以支持汇集单元连续工作在通信状态下15天(持续天数与选择的备用电池容量有关)，不需补充能量。内置的高性能处理器根据对太阳能电源板和胶体蓄电池的实时监控结果，在主电源和备用电源之间进行切换。

汇集单元的设备可方便地通过远方维护主站进行程序升级，支持多个汇集单元批量、逐个的自动维护和升级，操作安全简便。同时，支持短信管理功能。每台自治型本地自治型馈线自动化终端系统模型仅能包含局部模型，即内部有且仅能包含接入配电终端对应的开关信息以及相邻的开关信息。添加、删除或添加配电一次网络时，仅需修改对应站点的控制器参数以及电气相邻控制器的参数，其他控制器参数不应有变化。

汇集单元的单元结构采用不锈钢铝合金材料铸造，表面采用阳极氧化工艺技术，坚固防锈，配合密封圈、防水接头，实现IP55防尘防水等级，确保在户外长时间安装稳定运行。

汇集单元能够在没有主站条件下自动实现故障定位、故障在线监测，针对不同的馈线保护和一次设备，具备相应的自动动作机制。

当线路发生短路，接地、停电和送电等运行状态变化时，故障指示器检测到变化的信号，并判断线路是否发生了故障，故障点前到变电站故障回路上的所有指示器都会动作，并现场给出指示。

汇集单元采用短距无线和远程无线混合组网技术，支持复杂的网络线路拓扑结构；主动定期的每隔一段时间上报线路工况状态(上报时间可自行设置)，具有通信传输双向确认和重传功能，确保数据传输过程中的可靠性。随时掌控线路实时运行状态，杜绝一天一醒、一睡不醒的现象，同时可降低GPRS流量资费。线路同时通过多种闪烁频率组合显示当前的工况，消除回复供电后可自动复位；故障状态可通过手动或无线组网自动复位、置位。

线路状态波形检测器将监测的短路，接地、停电、送电、电流和温度等信息通过短距离射频信号传输到汇集单元，再经由汇集单元通过GSM/GPRS将信息发送到工作主站，主站通过线路颜色的变化闪烁直观显示确定故障所在区段，同时弹出对话框提示报警，并以短信息的形式发送故障点信息到巡检员手机。

图4中，配电线路发生相间短路时，变电站和故障点之间的回路上会流过很大的电流，继电保护装置启动保护，线路跳闸。综合以上情况，短路故障判据有以下4个条件：

对于某个线路状态波形检测器而言：

1)线路状态波形检测器前面的线路有电；

2)线路状态波形检测器所在线路中出现突变电It≥200A，It为突变量电流启动；

3)线路状态波形检测器所在相的线路中大电流持续时间0.02s≤△T≤3s，△T为电流突变时间；

4)线路状态波形检测器后面的线路停电；

当以上四个条件同时满足，所述的配电网故障监测方法检测判断该线路状态波形检测器所在位置后面的线路出现短路故障。

这里的线路状态波形检测器的“前面”和“后面”的概念，是将变电站至某个线路状态波形检测器之间的线路叙述成是该线路状态波形检测器的“前面”，将某个线路状态波形检测器至用电终端之间的线路表述成是该线路状态波形检测器的“后面”，是业内的习惯性说法。

采用速断过流两段式电流保护原理，同时检测线路运行状态，可有效抑制合闸、重合闸涌流以及反馈送电误动作，可在线调整参数，检测更灵敏可靠。如将速断、过流定值参数都设置为700A，速断、过流延时参数不变，就转换为自适应负荷电流的过流突变判据。

图5中，线路发生单相接地时，根据不同的接地条件(例如金属性接地、高阻接地等)，会出现多种复杂的暂态现象，包括出现线路对地的分布电容放电电流，接地线路对地电压下降。综合以上情况，接地判据如下：

对于某个线路状态波形检测器而言：

1)线路状态波形检测器所在相的线路中有突然增大的暂态电容电流：检测接地瞬间的暂态电容电流大于一定数值；

2)线路状态波形检测器所在相的接地线路电压降低3kV以上；

3)线路状态波形检测器所在相的线路未停电。

以上三个条件同时满足时，则所述的配电网故障监测方法检测判断该线路状态波形检测器所在位置的线路后面出现接地故障。

线路出现接地故障后就地翻牌发光显示，并把故障信息传送到工作主站。

通过获得故障时刻前后整个配电网线路上各处的零序电流，进行网络化分析，可以检测定位小电流接地系统单相接地故障。

当单相对地电场发生突然上升或下降并超过一定比例，相电流发生特殊模式的变化，就会触发录波。

在本技术方案中，配电网架空线路智能采集单元就地检测短路故障，巡线定位，配网自动化主站根据短路故障遥信定位。短路故障定位如图6中所示。

短路故障现场录波结果如图7中所示。

在接地故障处理过程，发生接地故障线路的短路故障录波结果如图8中所示，可见在架空线路发生接地故障的那一相线路(称之为故障相)的零序电流存在一个高频暂态过程，采集单元捕获这个高频暂态零序电流信号，配合零序电场信号，即可实现就地检测小电流接地故障的功能。

在本技术方案中，不论小电流接地配电网采用的是不接地方式，还是经消弧线圈接地方式，都会在故障发生瞬时产生一个持续时间在5～20毫秒的暂态过程，暂态过程期间，零序电流i₀上会产生幅值较大的高频暂态信号。

主站按照定位短路故障同样方法，根据小电流接地故障遥信信号，即可定位小电流接地故障的发生地点。

根据图9中所示，故障线路和非故障线路的暂态零序电流波形不相似；

故障线路上故障电流路径上的暂态零序电流波形相似；

故障线路上故障电流路径上和非故障电流路径上的暂态零序电流波形不相似。

据此，本技术方案即可实现联网检测定位功能。

换句话说，当某一条线路发生短路，接地、停电和送电等运行状态变化时，在该线路上的各个故障指示器检测到变化的信号，并判断线路是否发生了故障，故障点前到变电站故障回路上的沿途线路上的所有指示器都会动作，并现场给出指示。

本技术方案包括电源信号采集、故障检测、故障录波、信息远传、始终同步、超低功耗控制等功能模块，可实现故障录波与数据远传功能。其基于装置的在线故障录波数据，分析故障发生时相邻装置数据波形的不同特征，有效判断短路和接地故障，并定位故障点。采用单相接地故障定位算法，在故障在线检测领域取得突破性进展，同时，本技术方案可以大大提高配电网运行的可靠性和效率,提高供电质量、降低劳动强度和充分利用现有设备的能力，从而对用户和电力公司均能带来可观的效益。

本技术方案是配电网自动化建设的重要模式，能够发挥配电网生成管理的基础功能，保护线路故障快速定位和查找，线路运行负荷检测；可为配电自动化的大规模应用打下技术基础，对现场的配电自动化实用化运行水平的提高，有着较大的理论研究价值和实践应用价值。特别适合中小城市配电网自动化建设模式或大型城市配电网自动化改造补充项目。

Claims (9)

1.一种基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，包括安装在配电网架空线路各个监测点上的监测设备和设置在监控主站中的主站软件，其特征是：

在配电网架空线路杆塔的A、B、C三相线路上，分别对应设置一个线路状态波形检测器；

在配电网架空线路的杆塔上设置一个太阳能供电监测终端；

每个线路状态波形检测器与一个太阳能供电监测终端，成对地设置成一组配电网故障现场监测单元；

在每条从变配电所至用户之间的架空线路上，设置有多组配电网故障现场监测单元；

所述的线路状态波形检测器包括采集单元，采集单元将线路电流、对地电场、故障状态、是否带电、线缆温度、取电功率、电池电压信息通过无线装置，与太阳能供电监测终端中的汇集单元进行周期性的同步授时；

所述的太阳能供电监测终端包括汇集单元，汇集单元依据交流采样的三相电流、电场相互合成电流、电场信号，可实现接地故障就地精准检测、定位故障波形上传至主站系统，用于线路故障分析、反演及溯源；进行遥信信号的合并；

当有单相线路故障时，触发故障相线路的采集单元进行故障录波，采集故障时标和实时采样数据，同步触发其他两相采集单元故障时标和实时采样数据；录波数据通过无线传输，汇集单元接收数据帧后，在此前已采样带时标的数据中提取故障时刻非故障电流采样数据，及时复现故障时刻电流波形，准确判断线路故障；

位于监控主站中的主站软件，依托大数据综合处理系统，将高精度、高采样率的电流录波数据和负荷电流检测数据，进行软件处理和分析，得到转供、线路拓扑调整的谐波电流监测曲线，进而分析故障发生、演变的过程，进行故障溯源反馈，准确识别短路、接地故障，精确定位故障区段；监控主站将处理好的故障信息和定位故障区段通过GPRS通信方式，下发给巡线工作人员，指导故障巡线、运维检修工作，以提高供电可靠性；

所述的配电网故障监测系统，借助基于大数据的配电线路波形综合监测主站和分析技术，采用模拟量及数字量方式的数据采集和整合功能，集成在线监控应用软件实现遥测，遥信，遥控及故障线路保护功能，可以对线路故障、线损、电能质量等线路状态进行分析，为优化配电网结果提高全面可靠的数据支撑。

2.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的采集单元包括太阳能电池、大容量锂电池、取电线圈、采样线圈、电源管理电路、采样调理电路、主控电路、无线收发电路、温度传感器电路、LED显示电路和翻牌电路模块组成；所述的采集单元实现小电流感应取电、太阳能取电、无线通信、电场采样、温度测量、时钟同步等功能，结合CPU的低功耗特性，通过时分复用的方法，在系统采样和CPU功耗之间取得平衡。

3.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的采集单元检测所在线路相的线路故障，可杜绝误动、拒动；在识别线路故障工况后，准确检测相间短路、单相接地故障，通过信号处理和运算，自动确定故障电流报警动作值；有效防止负荷波动、合闸励磁涌流等导致的误动、拒动；具有反时限动作特性，最大限度地配合变电站保护特性，避开瞬时扰动，确保动作正确。

4.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是当出现故障，所述的采集单元利用安装在采集单元内部的LED发出故障报警信号，通过其360°全视觉的状态指示，通过多种闪烁频率组合显示当前线路的工况，合理判断故障情况，并反馈给工作人员做相应处理。线路故障消除恢复供电后，可通过复位方式对故障报警信号自动复归、置位。

5.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的采集单元通过集成的监控软件对采集来的数据进行数据处理和计算，实现远程摇测功能，其可直接采集的遥测量包括所在架空线路的三相电压和三相电流；通过计算，得到下列遥测量：

(1)每相架空线的电场强度、负荷电流、突变量电流、温度、后备电池电压、取电电压；零序电流、零序电压；

(2)每相架空线的频率；

(3)信号强弱；

(4)对遥测死区范围设置功能；

(5)具有历史数据存储功能，存储间隔最小30秒，存储容量大于30天。

6.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的采集单元在线路自主运行工况下，通过远程无线维护运行参数，更新故障判据或升级软件程序。

7.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的汇集单元依靠20W太阳能电池板、超级电容与免维护铅酸蓄电池组成高冗余、高可靠性电源系统，其与主站之间的通讯依靠IEC101、IEC104规约或电力遥信通信规范；支持分布式馈线自动化，同时支持开关遥信、遥测、遥控信号量和DC24V可控遥信电源/遥控电源，开关电源操作。

8.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是在监测线路工况时，所述的配电网故障监测系统采用短距无线和远程无线混合组网技术，运用各种网络拓扑，主动定期的上报故障状态，通信传输双向确认和重传，已确保数据传输过程中的可靠性。

9.按照权利要求1所述的基于配电线路动态信息的配电网故障监测系统，其特征是所述的采集单元的故障传输时间可通过人为设置来改变，以便更灵活地实时掌握线路运行状态，同时可有效降低无线通信流量资费，确保成本控制。