電纜（lǎn）故障在線監測係統

電纜故障在線監測係統係統組（zǔ）成

1）主站：1台服務器（計算機）+1台通訊（xùn）交（jiāo）換（huàn）機（短信貓）+1套主站軟件

監（jiān）測點：由（yóu）檢測終端（4個數字故障（zhàng）指示器（qì）=1個零序（xù）接地指示器+3個短路（lù）指示器）+通訊（xùn）主（zhǔ）機（一台數據采集器 ）組成;一（yī）台通訊主機*多可帶7套檢（jiǎn）測終端（duān）

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

DCU：Data Collect or Control Unit 數據（jù）采集器（內置低功耗GPRS DTU），可選電動開關儲能和開關遙控功能（néng）

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（jiē）地（dì）檢測的準確度，係統可接入變電站（zhàn）接地選線裝置或台變PT監測儀的數據（jù）。------可選配置。

電（diàn）纜故（gù）障在線監測係統工作原（yuán）理

數字故障指示器指示器主要安（ān）裝環網櫃電纜進出線上，以實現這些線路的在線監測（遙測）、故障檢測與定位（遙信），同時（shí）在附近安裝1台或2台通訊主機（采集器）。指示器和通訊主機（采集器）都帶（dài）有四字節全球唯（wéi）壹通信地址，用於通訊主機（采集器）對指（zhǐ）示器的識別；通訊主機（采集器）還（hái）帶有一（yī）字節101協議（yì）通信地址（zhǐ），用於通訊主機（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線調頻組網通（tōng）信，與主站之間采用GPRS公網通信，可選靜態IP、動態域名（míng）和APN專（zhuān）線，推薦使（shǐ）用APN通道，確保（bǎo）數據和控製（zhì）可靠。

當線路正常運行時，通訊主機（jī）（采集器）定期輪詢每隻指示器或由指示器主動上報，指示器按預設的通訊策（cè）略進行應答或上報，將實時數據發送（sòng）到通訊主機（采集器）。通訊策略（luè）的含義是：指示器采用極低功耗設計，設計壽命（mìng）為8年以上，但無線（xiàn）通訊能量較大，不能完全依靠內部鋰電池供（gòng）電，大部分能量要從高壓導線感應取電。當負荷電流（liú）大於20A時可以完全（quán）取到通訊能量，在通訊（xùn）時可以做到“有問必答”或者定時主（zhǔ）動發送；當負荷電流小於20A時，隻能取（qǔ）到有限的電能，在通（tōng）訊（xùn）時會出現（xiàn）“兩問一答（dá）”或（huò）者定時主動發送的情況，其它時間指示（shì）器內部無線通訊模塊都在休眠以減少電池損耗。值得一提的是，由於無線通訊劃分為64個獨立信道，無（wú）需對多隻指示器進行編碼和延時錯開時間發送，對於多（duō）隻指示器同時發送時也不會存在互（hù）相幹擾而導致通訊不上的情況。

當線路出現短路故障時，指示器（qì）可以檢測到短路故障電流，如（rú）果符合（hé）特定的短路故障（zhàng）判據，則本（běn）地翻牌顯示，並按照預設的時間（jiān）參數自動複歸，也可以通過主站遙控複歸。同時，在通訊主（zhǔ）機（采集（jí）器）輪詢到自己時將（jiāng）“及時應答”或者立（lì）即主動發送動作信息，將動作（zuò）信號、短（duǎn）路故障電流等數據發送到通訊（xùn）主機（采集器），通訊主機（采集器）再通過GPRS方式將故障動作信息和故障數（shù）據（jù）打包發到用戶手（shǒu）機或主站係統。

由於（yú）指示器的本地（dì）無線和通訊主機（采集器）的GPRS網絡“一直在線”，並具有（yǒu）雙向、隨機發起主動通訊的能力，所以主站（zhàn）在（zài）召喚通訊主（zhǔ）機（采集（jí）器）的數據的同時，還可以對通訊主機（采集器）和指（zhǐ）示器下發參數和遙控命令，例如在線修改通訊主機（采集器）和指示器的（de）參數（shù），遙控DCU連接的開關合閘、分閘，遙控通（tōng）訊主機（采集器（qì））管轄的指示器閃燈、複歸等。

a) 短路故障檢測原理（lǐ）

對於短路故障，指示器提供兩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（zhí）法。

目前市麵上絕（jué）大多數模（mó）擬電路的故障指示器（qì）主要是采（cǎi）用電流突變法（fǎ），做得好的廠家的短路判據為：

1. 線路“充電”時間：≥5S

2. 電（diàn）流突變

當負荷電（diàn）流IL小於等於200A時（shí），ΔI≥100A；

或，當負荷電流（liú）IL大於200A時，ΔI≥1/2*IL。

3. 線路“停電”時間：≤5S 

該方法的優（yōu）點是自動跟蹤（zōng）負荷電流大（dà）小，不用整定參數。其缺點（diǎn）一是在兩相接地、過（guò）流或過負荷短路情況下，短路電流是逐（zhú）漸增大的，指示器因無法檢測到電（diàn）流突變而導致拒動；其缺點二（èr）是在很多農網線路，線路長，短（duǎn）路電流小，指示器因無法檢（jiǎn）測到（dào）電流突變而導致拒動；其缺點三是在有些（xiē）短路情況（kuàng）下，非故障出線、非故（gù）障分支（zhī）、故障（zhàng）點後麵的線路如果（guǒ）帶有（yǒu）大型容性負載（例如高壓電容器）和感性（xìng）負載（如大型電（diàn）動（dòng）機、水泵（bèng）等（děng）），則會向故障點反饋送（sòng）電，導致非故障線路誤動。

由於指示器的（de）故障檢測參數可以通過本地無線（xiàn）或者（zhě）主站在線修改，因此（cǐ）在（zài）管理比較規範的電力公司，我們推薦過流速斷法。該方法與變電站微（wēi）機保護裝置（zhì）的故（gù）障檢測（cè）原理一致，不論是兩相接地短路（電流緩慢增大），還是農網過流故障（速斷、過流定值整定很小），隻要變電站出口跳閘，指示器也能（néng）檢測到並給出故障指示，是目前可靠性和準確性*高的判據。為了防止重合閘期間，非故障線路（分（fèn）支）因重合閘湧流（liú）導（dǎo）致誤動，指示器增（zēng）加了“充電判據”，隻有帶電穩定運行30秒以後才開始（shǐ）檢測故障；為（wéi）了防止合閘湧流，指（zhǐ）示器采取了“停電判據”，隻有檢測到線路停電（無流無壓）以後才會給出短（duǎn）路故障（zhàng）動作（zuò）。

電（diàn）纜接地故障檢（jiǎn）測原理

對於三相電（diàn）纜線路、變（biàn）電站出線電纜、架空轉地（dì）埋電纜、地埋轉架空線路，還可以通過監測穩態零序電流大小來檢測單（dān）相接地故障（zhàng），同時可以通過“捕捉”暫（zàn）態（tài）零（líng）序突變（biàn）電流的大小（xiǎo）來輔（fǔ）助判斷單相接地故障。三相電纜接地故（gù）障判據為：

（1） 零序電流速斷或過流啟動（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） 暫態零序電流（liú）增量啟動：0～700A/0.01～3ms（在線可設），本地不指示，隻上（shàng）報接地故（gù）障電流。出廠默認參數為零序暫態電流增量為40A。

電流測（cè）量（liàng）原理

指示（shì）器利用了CT（電流互（hù）感器）的原理來測量線路電流。當數字故（gù）障指示器掛（guà）在（zài）導線上時，一次電流（liú）會流經數字故障指示器的電流傳感（gǎn）器，電流傳感器產生CT二次信號，這個信號經過信號（hào）檢測電路濾波、放大（dà）和采保，然後（hòu）由低功耗單片機做A/D采樣，*後計算出負荷電流、短路電流、首半波尖峰電流和（hé）接（jiē）地動作電（diàn）流值、穩態零序電流、暫態零序電流。電流傳感器主要包括：電流線圈、導磁棒、立柱（zhù）、動板（bǎn）。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（yǐ）灌膠封死，立柱上半部分和動（dòng）板裸（luǒ）露（lù）在外麵，便於安裝和拆卸（xiè）。整個電流（liú）傳感器就相當（dāng）於開（kāi）口CT（開啟式電（diàn）流互感器）。

自取電原理（lǐ）

電流互感器除了用於電流測量，還（hái）可用於在線取電。在電流線圈（quān）基礎上（shàng）再（zài）加取電線（xiàn）圈，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控製電路就可以為數字故障指示器提供整機工作電源（yuán）和無線通訊電源。數字故障指示器的（de）自取（qǔ）電功能可以減（jiǎn）少電（diàn）池損（sǔn）耗，提高產品使用壽命。一般來說，負荷電流越大，取電（diàn）電流越大，產品使用壽命越長。

要裝置介紹

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（tái）NT工作站組成。主站軟件主（zhǔ）要包括（kuò）SCADA/FA、WEB發（fā）布、GIS係統接口等。

1） SCADA/FA功能

數據采集u

數據（jù）處理（包括（kuò）計（jì）算量的處理）u

控（kòng）製（zhì）和調節u

事件順序記錄（SOE）u

報警處（chù）理u

係統時鍾和時（shí）鍾（zhōng）同步u

通道監視與統計u

網絡拓撲和動態著色u

曆史數據和報表係統u

權限管理（lǐ）u

故障信息（xī）實時檢測和故障定位u

故障指示器（qì）的（de）動作信號糾錯和補漏u

無人值班短信通知u

2） WEB發布

運行狀況（kuàng）瀏覽u

故障通知和故障信息瀏覽u

運行數據和故障信息的曆史查詢u

3） GIS係統接口

向GIS轉發“二遙（yáo）”實時數據u

接收（shōu）並執行GIS下發的遙控、遙調命令u

數據采集器（qì）DCU

1） 功能特點

電纜故障在線監測係統體（tǐ）積小，重量輕（qīng）u

 帶電裝卸u

開口CT取電（電纜），後備大容量鋰電（diàn）池u

在（zài）線設置參數u

遙控翻（fān）牌/複歸、指示燈點（diǎn）亮/熄滅、兩路開關合/分閘遙控、開關位置（zhì）/儲能狀態（tài）信息采集u

 防死機和少維護設計u

 對主站u采用GPRS通訊方式和標準101通（tōng）訊協（xié）議

對指示器采（cǎi）用本地無（wú）線（xiàn）調頻組網通訊方式u

2） 技術參數

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可充電鋰電池，或6～18Ah/12～24V鉛酸蓄電池u

 整（zhěng）機平均功耗： ＜50mA/3.6Vu

短（duǎn）距離（lí）調頻發（fā）送功率：＜20Ma/3.6V（持續向（xiàng）指示器發送巡檢命令（lìng）時）u

 GPRS發送功（gōng）耗： ＜150mA/3.6V（持續（xù）向主站發送實時數據時（shí））u

遙測：電流精（jīng）度為±1%（200A額定電流時）或者±1A（電流小（xiǎo）於20A時）；電壓（yā）線性（xìng）度優於±5%；測溫精度為±2℃（-55～150℃）。u

遙（yáo）控：4路16A/30Vdc繼（jì）電器空接點輸出，AC2kV光電（diàn）隔離，帶DC24V可（kě）控遙控電源和開關操作電源（yuán）（100000Uf/35V開關驅動電容）u

 遙信（xìn）：6路1～15mA/30Vdc開（kāi）關位置輔助接點輸入，AC2kV光電隔離，帶DC24V可控遙信電源u

 遙調：可在線設置1～30隻數字化故障和數據采集器本身的參數u

 u 通訊頻（pín）率（短距離無線）：420～440MHz（64個（gè）獨立調頻信道，自動跳頻（pín）），40kbps（雙向），30～300米可調（灌（guàn）膠以後、雙向通訊），具體參見BD-RF產品說明。

建議帶（dài）數字故障指示器（qì）數量：3～30隻（架空）、4～64隻（電（diàn）纜（lǎn））u

 設計（jì）壽命：10年以上（可充電鉛酸蓄電池和鋰電池的壽命分別為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、四級雷擊浪湧衝擊u

b) 數（shù）字故障指示器指示器

1） 功能特（tè）點

微功耗和免維護（hù）設（shè）計u

從高壓導線小負荷電（diàn）流開始（shǐ）取電u

檢測相間短路u

檢測小電阻、中電阻接地故障u

檢測小電流接地係（xì）統單相接地故障u

檢測斷相、停電、三相不平衡u

監測線路負荷電流、短路動作（zuò）電流u

監測線路接地電流、接地動（dòng）作電流u

監測線路對地電壓u

監測導線溫（wēn）度（可選）u

帶電裝卸u

本地閃燈顯示u

定時/遙控複歸u

本地無線組網通訊（xùn），動作信號和故障電流主動上報u

本（běn）地和遠程在線調整參數u

防死機和免維（wéi）護設計u

2） 技術（shù）參數

電源：4.8Ah/3.6V一次性鋰電池u

取電功率：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（mó）塊）u

通訊（xùn）平均功耗（hào）：50uA（每分鍾（zhōng）發送一次數據時）u

電流精度：±1%（200A額定電流或零序電（diàn）流大於5A時）或者（zhě）±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（dú）立信道自動跳頻） ，具（jù）體參（cān）見BD-RF產品說明u

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

電壓等（děng）級：任意（出廠前確定），出廠默認（rèn）為（wéi）10～35kVu

負荷電（diàn）流（liú）：0～600Au

零序電流：0～100Au

溫度範圍：-55～150℃u

導線直徑：8～40mmu

三相電纜直徑：80～120mmu

短時耐受電流：40kA/4Su

故障（zhàng）複位時間：24h(1～48h可在線設置)u

可動作次數：不（bú）小於3000次u

環境溫度：-35℃～85℃u

環境濕度：5～95%u

防護等（děng）級：IP65u

EMC等級（jí）：±8kV靜電放電；±4kV浪湧衝（chōng）擊u