電（diàn）纜故障在線監測係統

電纜故障在線監（jiān）測係統係統組（zǔ）成

1）主站：1台服務（wù）器（計算機）+1台（tái）通訊交換機（短信貓）+1套主（zhǔ）站軟件

監測點：由檢測終端（4個數字（zì）故障指示器=1個零序接地指示器+3個短路指示器）+通訊主機（一台數據（jù）采集器 ）組（zǔ）成;一台通（tōng）訊主機*多可帶7套檢測終端

指示器：Digital Fault Current Indicator 數字化的故障指示器

DCU：Data Collect or Control Unit 數據采集器（qì）（內置（zhì）低功耗（hào）GPRS DTU），可選電（diàn）動開關（guān）儲能和（hé）開關遙控（kòng）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 接地選線裝置。為了提高單相接地檢測的準確度（dù），係統（tǒng）可接入變（biàn）電站接地選線裝置或台變PT監測儀的數據。------可選配置。

電纜故障在線（xiàn）監（jiān）測係統工作（zuò）原理（lǐ）

數字故障指示器指示器主要安（ān）裝環網櫃電纜進出線上，以實現這些線路的（de）在線（xiàn）監測（遙測（cè））、故障檢測與定位（遙信），同時在附近安裝1台或2台通訊主機（采（cǎi）集器）。指（zhǐ）示器和通訊主機（采集器（qì））都帶有四字節全球唯壹通信地址，用於通訊（xùn）主機（采集器）對指示器的識別；通訊主機（采集器）還帶有一字（zì）節101協議通信地址，用於（yú）通訊主機（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（wú）線調頻組網（wǎng）通信，與主站之間采用GPRS公（gōng）網通信，可選靜態IP、動態域名和（hé）APN專線，推薦使用APN通道，確保數據和控（kòng）製可（kě）靠。

當線（xiàn）路正常運行時，通訊主機（采集器）定期輪詢每（měi）隻指（zhǐ）示器（qì）或由指示器主動上報，指示器按預設的通訊策略進行應答或上報，將實（shí）時數據發送到通訊主機（采集（jí）器）。通訊策（cè）略的含義是：指示器采用極（jí）低功耗設計，設計（jì）壽命為（wéi）8年（nián）以上，但無（wú）線通訊能量較大，不能完全（quán）依（yī）靠內部鋰電池供電，大部分能量（liàng）要從高壓導線感（gǎn）應（yīng）取電。當負（fù）荷（hé）電流大於（yú）20A時可以完全取到通訊能量，在通訊時可以做到“有問必答”或者定時主動發送（sòng）；當負荷電流（liú）小於20A時，隻能取到有限的電能，在通訊時會出現“兩問一答”或者定時主動發送的情（qíng）況，其它時間（jiān）指示器內部無線通訊模塊都在休眠以減少（shǎo）電池損耗。值得一提的是，由於無線通訊劃分為64個獨立信（xìn）道，無需對多隻指示器進行編碼和延時錯開時間（jiān）發送，對於多隻指示器同時發送時（shí）也（yě）不（bú）會存在互相幹擾而導致通訊不上的情況。

當線（xiàn）路（lù）出（chū）現短路故（gù）障時，指示器可以檢測到短路（lù）故障電流，如果符合（hé）特定的短路故障判據，則本地翻牌顯示，並按（àn）照預設的時間參數自動複歸，也可以通（tōng）過主站遙控複歸。同時，在通訊主機（采集器）輪詢到自己時（shí）將“及時應答”或者立即主（zhǔ）動發送動作信（xìn）息，將（jiāng）動作信號、短路故障電流等數據發（fā）送到通訊主機（采集器），通訊主機（采集器）再通過GPRS方式（shì）將故（gù）障動作信息和（hé）故障數據打包發到用戶（hù）手機或主站係統。

由於指示器的本地無線和通訊主機（采集器）的GPRS網絡“一直在線”，並具有（yǒu）雙向、隨機發起（qǐ）主動通訊（xùn）的（de）能力，所以主站在召喚通訊主機（采集器）的數據的同時，還可以對通訊主機（采集器）和指示（shì）器下發參數和（hé）遙控（kòng）命令，例如在線修改通訊主機（采集器）和指示器的參數，遙控（kòng）DCU連（lián）接的開關合閘、分（fèn）閘，遙控通訊主機（采集器）管轄的指示器閃燈（dēng）、複歸等。

a) 短（duǎn）路故障檢測原理（lǐ）

對於（yú）短路（lù）故障，指示器提（tí）供兩（liǎng）種可選擇的故障判據：一種是電流突變法，一種（zhǒng）是過流速斷定值法。

目（mù）前市（shì）麵上絕大多（duō）數模擬（nǐ）電路的故障指示器主要是采用電流突（tū）變法，做（zuò）得好的廠家（jiā）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，ΔI≥100A；

或（huò），當（dāng）負荷電流（liú）IL大於200A時，ΔI≥1/2*IL。

3. 線（xiàn）路“停電”時間：≤5S 

該方法的優點是自動跟蹤負荷電流大小，不用整定參數。其缺點一是（shì）在兩相接地（dì）、過流或過負荷短路情況下，短路電流是（shì）逐漸增大（dà）的，指示器因無法檢測到電流（liú）突變而（ér）導致拒動；其缺點二（èr）是在很多農網線路（lù），線路長，短路電流小，指示器（qì）因無法檢測（cè）到電流突變而導致拒動；其（qí）缺點三是在（zài）有些（xiē）短路情（qíng）況下，非故障出線、非故障分支、故（gù）障點後麵的線路如果帶（dài）有大型容性負載（例如高壓電（diàn）容器）和感性負載（如大型電動機、水泵等），則會向故障點（diǎn）反饋送電，導致非故障線路誤動。

由於指示器（qì）的故障檢測參數（shù）可以通過本地無線或（huò）者主站在線修改，因此在（zài）管理比較規（guī）範的電力公司，我們推薦過流速斷法。該（gāi）方法與變電站微機保護裝置的故障檢測原理（lǐ）一致，不（bú）論是兩相接地短路（電流緩慢增大），還（hái）是農網過（guò）流故障（速斷、過（guò）流定值整定很小），隻要變電站（zhàn）出口（kǒu）跳閘，指（zhǐ）示器也能檢測到並給出故障指示，是目前可靠性（xìng）和準確性*高的判據。為了防止重合閘期間，非故障線（xiàn）路（分支）因重合閘湧流導致誤動，指示（shì）器增（zēng）加了“充電判（pàn）據”，隻有帶電穩定運行30秒以後才開始檢測（cè）故障；為了（le）防止合閘湧流，指示器采取了“停電判據”，隻有檢測到線路停電（diàn）（無流無壓（yā））以後（hòu）才會給出短路故障動作。

電纜接地故障檢測原理

對於三相電纜線路、變（biàn）電站出線電纜、架空轉地埋電（diàn）纜（lǎn）、地埋轉架空線（xiàn）路，還（hái）可以通過監測穩態零序電流（liú）大小來檢測單相接地故障，同時可以通過“捕捉”暫態零序突變（biàn）電流的大小來輔助判斷單相接地故障。三相電纜接地故障判據為：

（1） 零序電流速斷或過流啟動（dòng）（兩段式）：0～100A/0～9.99S（在線可設）；出廠默認參數為速斷10A/500ms、過流5A/1S。
（2） 暫態零（líng）序電流增量啟動：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（cān）數為零序暫態電流增量（liàng）為40A。

電流測量（liàng）原理

指示器利（lì）用了（le）CT（電流互感器）的原理來測量線（xiàn）路電流（liú）。當數字故障（zhàng）指示器（qì）掛（guà）在導線上時，一次電流會流經數字（zì）故障指示器的電流傳感器，電流傳感器產生CT二（èr）次信號，這個信號經過信號檢測電路濾波、放大和采保，然後由低功耗單片機做（zuò）A/D采樣，*後計算出負荷（hé）電流（liú）、短路電流、首半（bàn）波尖峰電流和接地動作電流值（zhí）、穩態零序電流、暫態零序電流（liú）。電流傳感（gǎn）器主要包括：電流線圈、導磁棒、立柱、動板。電流線圈、導磁棒和立柱下半部分都安裝在指示器殼體內部，已灌膠封（fēng）死，立（lì）柱上半部（bù）分和動（dòng）板裸露在外麵，便於安（ān）裝和拆卸。整個電流傳感器就相當於（yú）開口（kǒu）CT（開啟式電流互感器）。

自取（qǔ）電原理

電流互感器除了用於電流測量，還可用於（yú）在線取（qǔ）電（diàn）。在電流線圈（quān）基礎上再加取電線圈（quān），就可以獲得一定的取電電流。取電電流經過特殊的取電電（diàn）路和MCU控製（zhì）電（diàn）路（lù）就可以為數（shù）字故障指示（shì）器提供整機工作電源和無線通（tōng）訊電源。數（shù）字故障（zhàng）指示器（qì）的自取電功能可以減少電池損耗，提高產品使用壽命。一般來說，負荷電流越（yuè）大，取（qǔ）電電流越大，產品使用壽命越長。

要（yào）裝置介紹

a) 主站

主站硬件主要由1台NT工作站或1台NT服務器+1台NT工作站組成。主（zhǔ）站軟件主要（yào）包括SCADA/FA、WEB發布、GIS係統接口等。

1） SCADA/FA功能

數據采集u

數據處理（包括計（jì）算量的處理）u

控製和調節u

事件順（shùn）序記（jì）錄（SOE）u

報（bào）警處理u

係統時鍾和時鍾同步u

通道監視與統計u

網絡（luò）拓撲和動態（tài）著色u

曆史數據和報表係統u

權限（xiàn）管理u

故障（zhàng）信息（xī）實時（shí）檢測（cè）和故（gù）障定位u

故（gù）障指示器的動作信號糾錯和補（bǔ）漏u

無人值班短信通知u

2） WEB發布（bù）

運行狀（zhuàng）況瀏覽u

故障通知（zhī）和故障信息瀏覽u

運行數據（jù）和故障信息（xī）的曆史查（chá）詢u

3） GIS係統接（jiē）口

向GIS轉發“二遙”實（shí）時（shí）數據u

接收並執行GIS下發的遙控、遙調命（mìng）令u

數據采集器DCU

1） 功能特點

電纜故障在線監測係統（tǒng）體（tǐ）積小，重量輕u

 帶電裝卸（xiè）u

開口CT取電（電纜），後備大（dà）容量（liàng）鋰（lǐ）電池u

在線設置參數u

遙控翻牌/複歸、指示燈點亮（liàng）/熄（xī）滅、兩路開（kāi）關合/分（fèn）閘（zhá）遙控、開關位置/儲能狀態信（xìn）息采集u

 防死機和少維護設計u

 對（duì）主站u采用GPRS通訊方式和標準（zhǔn）101通訊協議

對指示器采用本地無線調頻組網通訊方式u

2） 技術（shù）參數

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

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

 整機平（píng）均功耗： ＜50mA/3.6Vu

短距（jù）離調頻發送功率：＜20Ma/3.6V（持續（xù）向指示（shì）器發送巡檢命令時）u

 GPRS發送（sòng）功耗： ＜150mA/3.6V（持（chí）續向主站（zhàn）發（fā）送實時數據（jù）時（shí））u

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

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

 遙信：6路1～15mA/30Vdc開關位置輔助接（jiē）點輸入，AC2kV光（guāng）電隔離（lí），帶（dài）DC24V可控遙信電源u

 遙調：可在線設置1～30隻數字化（huà）故障和（hé）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（diào）頻信道，自動（dòng）跳頻），40kbps（雙向），30～300米（mǐ）可調（灌膠以後、雙向通訊），具（jù）體參見BD-RF產品說明。

建議帶數字故障指示器（qì）數量（liàng）：3～30隻（zhī）（架空）、4～64隻（電纜）u

 設計壽命：10年以上（可充電鉛酸蓄電池和鋰電池的壽命（mìng）分別（bié）為3年、5年）u

 環境溫度：-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（yǒng）衝擊u

b) 數（shù）字故障指示器指示（shì）器

1） 功能特點

微功耗和免維護設計u

從（cóng）高壓導線小負荷電流開始取（qǔ）電（diàn）u

檢測相（xiàng）間短路u

檢測小電阻、中電阻接地故障u

檢測小電流接（jiē）地係統單相接地故障u

檢測斷相、停電、三（sān）相不平衡u

監測（cè）線路負荷電流、短路動作電流u

監測線路（lù）接地電流、接（jiē）地動作電流u

監測線（xiàn）路對地電壓u

監測導（dǎo）線溫（wēn）度（可選）u

帶電裝卸u

本（běn）地閃燈顯示u

定（dìng）時/遙控複歸u

本地無線組（zǔ）網通訊，動作信號和故障電流主動上報u

本地和遠程在（zài）線調整參數（shù）u

防死機和（hé）免維護設計（jì）u

2） 技術參數

電源：4.8Ah/3.6V一次性鋰電池u

取電（diàn）功（gōng）率：50uA-100mA/3.6V(一次負荷電流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（měi）分鍾發（fā）送一次數據時）u

電流精度：±1%（200A額定電流或零序電流大於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（yú）±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（míng）u

通信距離（RF）：30～300m（灌膠以後、雙向通訊），具體（tǐ）參見BD-RF產（chǎn）品說明u

電壓等級：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（xiàng）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（xiàn）設置（zhì）)u

可動（dòng）作次數：不小於3000次u

環境溫（wēn）度：-35℃～85℃u

環境濕度：5～95%u

防護等級：IP65u

EMC等級：±8kV靜電放電；±4kV浪湧衝擊u