线路故障在线监测系统技术方案10100Word文档格式.docx
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6.2系统监控主站-11-
6.3监控系统软件-12-
6.4线路管理-15-
6.5其他：
-16-
七、监测系统的使用环境及技术参数-17-
八、效益分析-18-
8.1减少设备投资-18-
8.2提高工作效率-18-
8.3降低运营成本-18-
九、故障检测终端的安装密度：
-19-
十.配电线路安装方案-19-
十一、安装原则：
安装简单，方便，可带电安装，拆卸。
-20-
一、方案背景
由于配电线路传输距离远，沿途地势复杂，环境和气候条件恶劣，再加上供电压力大，造成故障率大幅度升高。
一旦出现故障停电，首先给百姓生活带来不便，扰乱了企业的正常生产，供电公司造成重大损失；
配网线路的特点是距离较长，分支又多，呈网状结构，故障发生后，故障点不好确定，排查范围大，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。
选择安装线路故障在线监测系统,能够快速确定故障范围，减轻了劳动强度,提高了供电效率，为实现配网智能化管理打下坚实的基础。
配网现状：
配网线路长，地处环境复杂，而且线路分支较多，用电负荷大，故障发生率较高，导致线路巡查及故障排查相当困难。
目前国内外都在积极规划、建设智能电网。
目的是电力企业建立实时电网管理，使发电、输电、配电、用电四方互动互通。
建立起可自测、自愈的智能电网，主动监管电力故障并迅速进行反应，实现更智慧的电力供给与配送。
它是通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化。
实现智能电网的基础是首先对电网上数据进行全方位监测并传输，可以实现互访，通过这些数据作为管理依据，作为自动化控制，实现自愈、削峰填谷的依据。
配电线路故障在线监测系统，可以监测配电线路的短路故障、接地故障、过流、停电、送电、智能巡检等功能。
为实现电网信息化、数字化打下坚实的基础，并可以实现部分电网控制功能。
作为智能电网建设的必要尝试。
如决定使用“配电线路故障在线监测系统”，考虑前期对此系统的了解不多，采取全面规划分步实施的方案，可以先在一条线路上其中一个模块—配电线路故障在线监测系统，可以在线路出现短路故障、接地故障、过载、停电、送电等情况下，监测中心在数十秒内报警显示。
并发信息给维护值班人员手机。
配电线路故障在线监测系统能够极大的减轻工作人员的劳动强度，缩短停电时间，减少用电损失，提高供电可靠性，提高作业自动化、信息化水平。
（1）．方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大；
（2）．极大的减轻了工作人员的劳动强度；
节省了大量人力、物力；
（3）．缩短了停电时间，减少了用电损失；
（4）．提高了供电可靠性，自动化，信息化水平。
二、配电线路故障在线监测系统
配电线路故障在线监测系统可安装在架空的输配电线路上及城网的地埋电缆（适用电压等级：
6--500KV），用于在线监测电力线路运行及故障情况，是一套具有远程传输能力的可分布监控、集中管理、即时通知型的智能化故障管理系统。
在系统中，故障检测终端分布挂装在各电力线路需要监测的位置，可以实时监测线路运行情况，在电力线路出现短路故障、接地故障、过流、停送电等情况下，将采集的特征数据传送到监测中心。
监测中心发信息给相关管理人员、维护值班人员手机，并在计算机上显示故障位置。
2.1系统结构（如图1所示）。
图1
-配电远方终端由架空线路故障检测终端、太阳能通信主机、接地信号采集器和遥控器组成；
-系统主站由路由器、通信交换机、服务器、客户端和主站软件等多种软硬件组成，支持与其它运行管理系统互联。
；
，该交换机负责接收故障检测终端发送上来的报警信息，向管理人员报告报警内容等；
，与通信交换机连接的监控主机，该监控主机上运行监测系统的软件，是整个系统的核心。
2.2配电线路故障在线监测系统工作流程
故障检测单元分为两部分构成，一是通讯主机，二是检测终端。
检测终端具有直接与外界通信的功能，检测终端只有检测功能，无法直接通讯，检测终端是通过无线射频方式和通讯主机通信，由通讯主机和外界通信，检测终端不能单独工作。
当电力线路发生故障时，故障检测终端检测到线路故障后，从机先通过无线射频方式和主机通信，然后再由主机和外界通信；
在GSM网络覆盖的地方，数据转发终端通过无线传输模块，直接将信息远传至室内主站通信交换机；
在GSM网络没有覆盖的地方，先通过射频传给数据转发终端后再通过GSM网络将信息远传至室内主站的通信交换机，交换机将信息通过串口发到计算机上，计算机软件上的电力线路模拟图对应的故障检测终端图标变色显示；
计算机发出声音报警；
可设置一个或多个手机号码，相应的故障信息发到管理员手机上。
每组检测终端有一个编码地址，用来确定具体的报警点位置，便于判断故障位置。
对于故障监测，故障位置在故障监测报警点之后；
对于电网防盗，事故发生处在监测报警点之前。
并能把故障现象、位置、参数描述后以短信的形式报告给管理人员。
为管理人员快速处理故障提供了可靠依据。
2.3配电线路故障在线监测系统的作用和意义
（1）大大减轻了巡线人员的劳动强度，节省了大量人力、物力；
缩短了停电时间，减少了停电带来的损失；
提高了供电可靠性，为电力线中的正常运行提供了强有力的保障。
（2）提高巡线管理水平。
巡线人员可以定期或不定期地通过本系统配置的触发遥控器到达现场对故障检测终端进行触发，触发数据反馈到监控中心，监控中心可以看到检测终端的工作状态，保证了系统的正常运行。
（3）有了本系统，不仅可以及时传送故障信息，而且在监控中心可以看到故障位置，同时可以发出手机短信告知特定的管理人员，使管理人员快速、有效地处理故障，提高处理故障的响应时间和速度，从而收到很好的经济效益和社会效益。
三、故障检测终端
故障检测终端由检测电路、分析算法电路、触发电路、无线传输电路模块、电源电路等构成。
三只为一组检测终端，负责检测线路的数据，每组配有一台数据通讯装置，可以将采集的数据信息远传至室内主站接收交换机。
故障检测终端安装在线路需要检测位置的导线上（如：
各分支处，各事故多发事段等），故障检测终端里内置了传感器、单片机、射频装置和GSM无线通信模块等。
外形如下图
材质
一、金属件（弹簧夹具）
1、防锈（抗潮湿）
金属件弹簧用不锈钢为材料，在户外潮湿环境具有防锈能力。
2、抗腐蚀性（酸雨、酸雾）、
弹簧大部分外罩电缆线胶皮，可抗酸性腐蚀；
少量裸露部分采用的是电泳涂漆技术，此技术是用在汽车金属外壳上的，最低保证十年不生锈。
3、不变形（保持足够压力，防止指示器滑动）
采用足够强度的不锈钢材料，并经过表面蘸火处理，外面罩有防滑的电缆胶皮。
二、塑料外壳
本产品的外壳材料为聚碳酸酯（简称PC）与ABS的合金材料，兼具PC耐冲击性和优良的耐热性，及ABS的高流动性的优点，这种材料适合用于薄壁及复杂形状制品。
材料具有如下显著特性：
优良的耐紫外线性能、良好的抗击强度、优良的成型加工性能、耐高温、阻燃性。
其中PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；
蠕变性小，尺寸稳定。
聚碳酸酯还具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在-60～120℃下长期使用；
无明显熔点，在220～230℃呈熔融状态；
由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；
吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；
属自熄性材料；
对光稳定，耐候性好；
耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂。
三、环氧树脂
（1）粘附力强：
所用的环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。
环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于环氧树脂粘附在指示器塑料壳内壁。
（2）力学性能：
固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能，可以抵抗运送和安装过程中的外力损坏。
（3）电性能：
固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。
（4）化学稳定性：
通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。
（5）尺寸稳定性：
上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性，不会随着气温变化而热胀冷缩变形，甚至脱离外杯。
（6）耐霉菌。
固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。
3.2太阳能主机（如下图）
太阳能通讯主机是利用无数个串起来的感光电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。
太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。
它是
对光有响应并能将光能转换成电力的器件，选用产生光伏高效应的多晶硅材料。
它的发电原理是P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；
光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，然后直接连接终端内的蓄电池，直接为蓄电池充电。
本装置主要实现以下功能：
--提供无线射频接口，可接收并处理多组故障检测终端的上传信号；
--提供GSM/GPRS数据通道，可通实现数据远传。
3.3故障检测终端的故障检测原理
1.短路故障检测判据：
It≥300AIt为突变量电流值
I=0I为线路故障后电流
0.02s≤△T≤3s△T为电流突变时间
以上三个条件同时满足时，即判定为短路故障。
电缆线路的短路故障判据也同上。
双电源线路：
对于输电线路中环网运行或者双端供电的系统，除了上述三个判据，还加入了功率方向判据。
2.接地故障检测判据：
架空线路：
接地相电压降低3KV以上，零序电流突变为10A以上；
分机通过无线射频与主机进行数据通信，零序电流通过三相电流比较计算后得出。
电缆线路：
检测零序电流大于一定数值，即三相电不平衡电流（20A以上）。
电缆由于电感，电容的作用，本身零序电流较大，且是个相对稳态值。
接地分析：
采用电压跌落和零序电流的两个判据检测接地，提高了故障判断的准确性。
反之减少故障的误报率。
3.停电：
检测原理
（1）监测点电压跌落为0；
（2）监测点电流为0；
在同时发生以上2个条件的情况下，可检测出停电故障
3.4对挂在线路上的故障检测终端的防震、防水、防污的解决办法
检测终端安装在导线上，利用V形橡胶垫和压簧与导线紧密接触，压簧的弹力使得导线在受到震动时依然可以稳定的固定在导线上，而V形橡胶垫带有摩擦力，使得检测终端不会在导线上滑动，这种安装方式在新疆格尔木大风地区的电力线上安装使用过。
检测终端顶部采用环氧树脂灌封，水无法进入检测终端内部；
底部采用橡胶密封圈，防止雨水等渗入电池仓。
检测终端的外壳材料光滑，不易沾染污物，且检测电路均为内置，即使检测终端外部受到污染，也不影响检测终端工作。
四、故障检测终端设计
4.1故障检测技术
利用单片机作为内核，计算速度达到每秒钟500万次运算；
10位数字采样,可以准确测量电力线路电流；
所有测量均为数字方式，不用模拟电路作为判据，干扰少，精度高。
4.2供电技术
对于功耗较低的故障检测终端，采用大容量低泄露锂电池供电（容量为3600mAh，保存年限为8年以上）。
4.3通信技术
传输电路经过抗干扰设计，不受高压干扰限制。
利用无线GSM网络加无线射频网络技术，采用进口通信模块，通信协议合理，通信准确率高。
针对无GSM网络的地方,我们采用大功率射频传输技术,在电力线路上将故障信息采用无线传输终端中继的方式传输，直到检测到GSM网络后再远传到监控中心，解决了在无GSM网络的问题。
4.4自检设计
通过触发遥控器遥控检测终端的自检设计和实现，有力地保障了检测终端的可靠性。
4.5大压簧弹簧方式无源安装
故障检测终端采用大压簧弹簧方式的无源安装并且加有防滑橡胶，安装、拆卸非常方便，不会对电力线路造成损坏或检测终端在线上滑动的现象。
4.6遥控装置说明
遥控器可以在10—30米的范围内给检测终端发送指令，检测终端接收到指令后执行相应的操作监控中心的系统会有相应的信息显示。
遥控装置不仅可以对故障检测进行有效的检测，还可以对于线巡线人员的巡线次数与线路进行有效管理。
5、信号采集终端
6、5.1产品功能
SHDA-2110-04信号采集终端主要具有以下功能：
-监测线路母线的零序电压，判断接地故障；
-监测继电保护设备常开触点或者常闭触点信号，判断接地故障；
-上报接地故障给监控中心。
5.2产品技术特点
故障判决本系统使用“突变电流”“首半波”“五次谐波”等目前最先进、准确度最高、适用范围最广的故障检测判决方法，形成了系统故障判断准确度高，适用性好的特点。
供电技术检测终端经过了最为精密的低功耗设计，超大容量的锂电池保证其可长期稳定持续工作。
而太阳能通信主机则可依靠太阳能电池板及蓄电池来为其供电。
考虑了通信功耗、充电功率、电池容量等因素而设计出的太阳能通信主机可保证在无光条件下正常工作30天以上。
上述供电方式提高了系统的灵活性和适用范围。
通信技术检测终端与通信主机之间采用无线射频进行通信，免除了线路绝缘、安全距离等问题。
通信主机与系统主站之间则可利用GSM/GPRS进行通信。
上述通信配置增强了系统的可靠性、灵活性、适用性，并节省了大量网络通信基础的建设费用。
抗涌流技术在线路送电时，故障检测终端设有闭锁机制，会根据电压和流变化情况实线闭锁，防止因为涌流导致误报。
并且在线路供电稳定后，自动解除闭锁，恢复正常检测状态。
六、监控中心
监测中心由监控主站及系统软件构成，主要是通过收集、记录、处理由检测终端检测单元回传的数据，按照各类故障的不同处理流程进行故障的事件记录数据发布自动告警日志、声光报警、短信报警等工作。
6.1监控中心主要特点
（1）在计算机界面上即时显示当前的网络状态。
（2）在故障发生后按设定向管理人员手机发送故障描述信息。
（3）可随时随地查阅配电电网报警历史数据。
（4）可辅助管理人员完成电网故障的报警日志管理工作。
（5）可利用系统的信息联络功能。
（6）系统自动自检各检测终端。
（7）人性化界面，操作方便简单。
6.2系统监控主站
系统监控主站由通信交换机和监控主机组成，通信交换机负责接收故障检测终端发送上来的报警信息以及向管理人员报告报警内容等；
通信交换机通过串口与监控主机相连进行数据交换，运行在监控主机上的监测系统软件进行数据处理，是整个系统的核心。
6.3监控系统软件
监控系统软件负责数据处理，使管理人员能够修改各种参数以及直观的显示各种信息等。
监控系统软件的监控界面总体概况如图6所示。
能够给管理人员直观地视觉信息，使管理人员能够直观的掌控整个电力系统的情况，从而确保电力系统的安全运行。
图6
（1）软件的运行
双击安装目录中的¡
°
配电线路故障在线监测系统¡
±
或桌面¡
线运行在线监测系统¡
图标，便可以进入本系统的登陆面，如图7所示。
图7
选择登录类型（服务器或客户端，如通过服务器访问数据库选择服务器），选择交换机类型（单卡、双卡或三卡）输入系统用户名、系统用户密码，数据库服务器名，数据库名，数据库用户名和数据库密码，登录时选择¡
保存登陆配置¡
，登陆成功后会自动保存登陆配置信息，避免以后重复输入。
点击【登录】键，可进入软件主界面，如图8所示：
图8
（2）菜单信息
监测系统软件菜单功能包括【帐号权限】、【线路管理】、【终端信息】、【交换机】、【报警设置】、【参数设置】、【图形设置】、【日志管理】、【帮助】共9项，如图3-1所示：
图3-1
帐号权限菜单包括【用户管理】、【显示/隐藏控制台】和【退出】3个选项功能，如图3-2所示：
图3-2
【用户管理】选项用于管理用户信息，其功能是新建、修改、查看和删除系统管理人员或系统操作人员并且可以修改密码。
点击用户管理选项，出现如图3-3所示的对话框：
图3-3
用户类型包括：
¡
administrator¡
---¡
管理人员¡
和¡
operator¡
操作人员¡
，管理人员权限大于操作人员权限,管理人员可以编辑,修改地图,修改系统信息等参数,而操作人员只能进行日常维护和查询。
出厂默认admin为管理人员。
点击用户管理中的新建按钮可以新增一个用户，设置其属性、密码等信息，如图3-4所示：
图3-4
点击帐号权限菜单下的【显示/隐藏控制台】选项，可以设置软件界面窗口下方控制台的显示或隐藏。
如图3-5所示，控制台有6项内容列表，里面分类显示系统相关的各类信息，便于管理员查找最新的故障信息，了解系统当前工作状态。
图3-5
点击帐号权限菜单下的【退出】选项，即退出系统软件。
6.4线路管理
线路管理菜单包括【线路图监测模式】、【线路图编辑模式】、【线路逻辑关系】、【刷新地图数据】、【新增线路】、【复位终端】等6项功能，如图3-6所示：
图3-6
在线路管理菜单中选择【线路图监测模式】选项或直接点击工具栏中的【线路图监测模式】进入线路图监测模式。
系统工作状态为实时监控时,软件运行于此模式下。
窗口工作区域显示所监控的线路，如图3-7所示：
图3-7
如果有多个使用部门要看到系统运行情况，通过内部局域网在需要查看的机器上安装系统软件，通过系统的用户权限管理功能设置使用权限即可解决只浏览不编辑操作的管理要求。
安全性和可靠性
1、安全性：
检测终端安装在架空导线上，卡具为压簧的金属件，与导线接触处安装有增强摩擦力的橡胶垫片，可以确保检测终端可靠的固定在高压导线上，这样可以保证检测终端正常工作，并且可以确保绝缘距离。
此外，在线监测系统均采用无线通信方式，每组检测终端配置有相应的通讯装置向监控中心发送报警信息时采用中国移动或者联通的GSM通信网络，这样可以保证监控中心与高压线路之间没有任何电气连接，这些方法都可以增强系统的安全性。
2、可靠性：
其一，系统的检测终端内含有高速单片机作为控制核心，对线路运行情况进行实时监控，并且具有把模拟信号转换为数字信号的功能，能够对采集的数据进行复杂的运算，从而分析得出线路运行情况，可以随时检测到线路发生的瞬时性故障，这就保证了终端检测可靠性。
其二，通信通道采用最为便捷成熟的移动网络，并在通信过程中采取重复控制的机制，这也保证了通信的可靠性。
其三，通讯装置采用太阳能取电，太阳能板在设置上有倾斜度，以便最好的角度来获取能量，这个倾斜也便于雨水对板子的清洗，去掉其污垢，由于装置是超低功耗工作，太阳能板短期的污垢，不会对产品的正常工作产生影响，这就保证了通讯电源的可靠性。
其四，检测终端的故障和温度、电流检测是分开工作，不会相互干扰，出厂前通过专业的大电流发生装置，在0——600A之间选择测试，而实际线路的实时电流相对稳定，更易检测，这样就保证了实时电流检测的可靠性。
七、监测系统的使用环境及技术参数
（1）.使用环境条件：
海拔高度不超过4000米；
周围空气温度：
-45¡
æ
--+75¡
风速不大于34m/s（相当于风压700PA）；
安装场所：
无易燃、爆炸危险、化学腐蚀的场所、地震强度不超过8度。
（2）.技术参数：
使用电压等级：
6KV—500KV
使用额定频率：
50Hz
使用负荷电流：
0—1500A
使用导线：
25—400平米毫米
短路故障报警率：
98%以上
接地故障报警率：
70%以上
电源寿命：
10年以上
抗老化时间：
10年
八、效益分析
电力配电线路故障在线监测系统¡
是利用GSM无线数据传输网，在调度室建立GSM数据处理平台，不仅能够实时传输电力线路故障信息，对于其它业务的扩展，例如：
移动办公、配网自动化、配变监测、负荷监测等，都可以统一数据处理平台，做到集中管理、节省费用。
8.1减少设备投资
¡
是利用公用GSM无线通信网进行数据传输，只需付出少量的租金，比起传统的光纤通信可以大大减少设备投资。
以某变电站为例，其距公司调度室50公里，若采用光纤通信，需架设ADSS光缆50公里，并安装光端机一台，约需设备投资116万元。
8.2提高工作效率
1）、增加售电量，减少停电运行损失
直接效益：
假如该项目实施线路已查出故障8次，照此估算，平均每次减少查找故障时间约2个小时，平均负荷为4000kVA.将累计增加售电量64000kWh，平均电价按0.7199元/kWh计算，增加售电金额46073.6元。
间接效益：
该项目实施后，对运行中配电线路的故障点能进行有效地检测，不需人工查线，，能对配电线路故障点进行准确判断，可以大量减少人力、物力、汽车台班费用，减少以往要求的带电检测、传统方法带来的繁琐操作及老的工作程序带来的不安全因素，达到增产、增效、安全的效益。
提高供电可靠性。
2）、提高工作效率
假如以前线路出现故障后需要派出5—10个巡线工人查找故障，需要6—10小时的巡线时间，总结一年5起故障的巡线时间在5—10天。
采用配电线路故障在线监测系统，实现电力线路故障数据的实时、可靠传输，出现故障在3分钟内主站软件页面显示具体故障点，并在管理人员的手机上显示具体故障点，一年内5起故障只需10分钟就可明确故障位置。
大大提高了电力线路安全运行水平，有力地保障了电力线路运行的可靠性，提高了工作效率，使供电公司的电力线路管理水平迈上一个新台阶。
8.3降低运营成本
有了可靠的通信手段，实现了电力线路故障数据的实时、可靠传输，大大提高了无人值守水平，实现了减人增效的目的，降低了运营成本。
缩小了查找范围：
当线路发生接地故障时，通过现场值守人员查看监控计算机或维护运行人员查看手机短信，便准确知道故障线路，大大缩短了故障判别时间，减少了现场值班员处理故障分析时间，可以抽出时间处理别的事务，减轻了值班调度员的工作劳动强度；
由于直接得出故障线路，减少了故障线路及非故障线路断路器的切断故障电流的动作次数，提高断路器的使用寿命，同时避免同母线其它线路因寻找故障线路而短时停电，提高供电可靠性。
九、故障检测终端的安装
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