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HR-WJ4.2.3-07r输电线路分布式故障监测系统技术方案

特 别 提 示

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衷心感谢您选用本公司的产品!

我们承诺在保证产品性能及品质的同时,将竭诚为您提供完善的技术服务。

为了让您更好地使用本产品,请在设备到货后仔细阅读以下提示内容,并在安装前阅读说明书全文。


1) 包装箱有无损坏;

2) 设备外表有无明显的破裂或损坏;

3) 产品铭牌上的设备名称、型号是否与订货相符;

4) 装箱清单所列物品、随机文件是否齐全及与实物相符。

北京豪锐达科技有限公司

地址:北京市昌平科技园区超前路37号

电话:(010)69720731,69720732

传真:(010)69729052


1 概述

1.1 电网的发展及需求

近几年来,随着电网结构的发展和完善,电力线路的建设迅猛发展。由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性:杆塔点多、面广、线长、线路走廊环境复杂、终年暴露在野外等因素,除了要遭受恶劣自然天气的侵袭外,人为因素的外力破坏所引起的线路跳闸、线路被迫停电事故的概率也呈上升趋势。因此如何及时发现线路故障,准确定位故障定位置,降低人工故障排查难度和成本,缩短故障查找时间,提高供电安全性和可靠性,已成为线路管理和维护单位急需解决的问题。

1.2解决方案

随着计算机、通信和传感器等技术的快速发展,国内外科研机构、企业已经在输电线路故障定位技术方面进行了大量的研究和实践,例如:输电线路故障指示器、变电站行波测距装置、变电站阻抗测距仪等等。其中,输电线路故障指示器仅能自动定位故障区段,无法有效确定故障点的精确位置,故障定位准确性取决于故障指示器的安装密度,其准确度和实用性难以满足输电线路维护的要求。而对于变电站阻抗测距和行波测距方法的装置与系统,尽管从原理上可以准确定位故障点位置,但其实际应用中,弱行波信号的有效提取、故障点反射波与对端母线反射波的有效识别和雷电干扰的有效辨识和定位等问题很大程度影响了其定位准确性和效果。

为解决上述问题,公司研究了故障电流行波在输电线路上的传播特性,提出全新的分布式故障测距方法,就分布式故障测距方法中的折反射信号的识别、行波信号奇异点确定、雷击干扰的辨识和定位、GPS/北斗定位与授时、太阳能和感应取电、强电磁场中的无线通信等关键问题进行深入研究,研制出新一代的输电线路故障精确定位装置及系统。该系统不仅具有故障判断准确、  故障定位精度高的技术优势,并且针对各种线路情况提供了相应的硬件设备和解决方案。

输电线路故障精确定位系统通过分布在输电线路线上的故障监测终端,实现故障行波、折返射行波等信号的高频采样和快速录波,并通过主站后台软件系统,快速准确的分析出故障类型、定位故障点位置。同时该系统还支持 web访问、计算机图形展示、短信提醒等多种方式,使得运行维护人员能及时获取故障发生的时间、类型和位置等相关信息,大大减轻了故障巡查工作的强度和成本、缩短了故障排查时间,在有效提高供电可靠性的同时,也极大程度的降低了因故障停电事故所带来的直接和间接经济损失。

  

图 监测终端装置现场图

2 统方案

2.1 产品功能和应用范围

HR-6000系统可以应用于各种电压、不同结构的线路:

1) 主要功能: 线路故障性质(如雷击,对树放电)、故障类型(如相间和单相故障)的检测和精确定位; 故障电流检测; -负荷电流测量; -导线绝缘水平测量; -导线温度测量;环境湿度测量; 终端海拔、经纬度测量; -导线弧垂测量。

2) 适用电压等级: 35kV~1000KV电压等级交流输电线路; ±400kV、±800kV电压等级直流输电线路。

3) 适用线路结构: 双端架空线路; 双端电缆线路; 架空和电缆混合线路; T接型线路。

2.2 基本工作原理

输电线路故障原因的准确辨识,对输电线路的维护,缩短线路停电时间有着重要意义。由于输电线路在发生不同性质的跳闸故障时其线路上的故障电流行波呈现出不同的电磁暂态特征,因此通过在线监测并提取输电线路故障电流的行波数据,分析其电磁暂态特征,可以达到对输电线路雷击与非雷击故障原因准确辨识的目的;同时对行波的极性进行分析判断,可得到短路故障类型。

1) 雷击故障与非雷击故障行波差异

输电线路遭受雷击故障时流经线路的故障电流主要有两部分叠加而成,一部分雷电电流分流后直接进入线路的电流,另一部分是雷电流经杆塔入地后的反射波进入线路的电流。标准雷电流的波尾时间是 50微秒,由于与大地反射波极性相反,两者叠加后其峰值衰减加快,尾波时间变短。因此雷击线路的故障电流的行波波尾时间小于 50微秒,实测一般在 40微秒以内。而输电线路在遭受污秽闪络、树木闪络等闪络及外力破坏等非雷击故障后其闪络过程与交流电流的变化密切相关,电弧呈现熄灭重燃、延伸收缩的变化,相比于雷击故障其电流暂态行波频率较低,这类故障电流行波波尾时间较长,一般远大于 40微秒。

2) 雷击故障与非雷击故障判断

分布式输电线路故障精确定位系统完整的记录了每次故障电流的暂态行波,软件系统通过分析电流暂态行波的差异确定故障是否属于雷击故障,若是雷击故障则进一步确定是绕击还是反击,并利用各现场监测终端的行波数据与反射波的 GPS或者北斗时差来确定故障点的精确位置。

3) 分段式故障精确定位方法

通过在输电线路上布置若干个现场监测终端将输电线路划分为若干个区间(每个区段长度≤30km),分别监测并记录各区间的故障数据和信号。这种在线路中分散布局而非在两端变电站集中布局的监测方式,不仅对输电线路长度、导线弧垂等影响监测误差的固有参数进行了离散化监测,同时由于每个监测装置监测区段缩短可有效减少小行波波速变化以及衰减等因素对故障精确定位的影响,从而大幅提高输电线路故障定位的精度 (故障定位误差≤ 300m)。

图 基于 GPS/北斗的双端检测法

图 基于 GPS/北斗的单端检测法

2.3 系统构成

输电线路故障精确定位系统由行波信号检测终端(以下简称“信号检测终端”)、主站系统和移动手持终端构成,如下图所示:

图 系统示意图

系统各部分组成如下:

序号

组成部分

功能说明

备注

1

信号检测终端

信号检测终端安装在输电线路导线或杆塔上,每隔 20~30km以上安装 1套,实时检测导线上的行波信号,并通过 GPRS发送至主站系统。

 

2

主站系统

软件:故障分析和定位应用软件、数据库软件、操作系统、其它应用软件

硬件:应用服务器及其外设、数据服务器、数据网络通信设备、和人机交互设备等

 

3

移动手持终端

3G移动手持终端:智能嵌入式操作系统手持终端

 

2.4 产品主要功能

2.4.1 监测装置

1) 实时监测功能

信号检测终端实时采集输电线路导线电流、海拔、经纬度,实时监测其变化情况。

2) 定时数据采集与上传

Ø  信号检测终端定时向通信终端上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿度等测量数据;

Ø  通信终端定时向系统主站上传导线电流、海拔、经纬度、导线温度、湿度等测量数据。

3) 故障信号采集与上传

Ø  信号检测终端在条件触发后,完成电流的高速采样,记录故障电流波形和电流行波波形,并上传给通信终端;

Ø  通信终端在收到信号检测终端故障波形数据后,进行数据筛选,将有效数据上传给后台主站。

4) 数据存储和历史数据上传

Ø  通信终端支持最多 2G Nand Flash和 4G DDRII存储,标准配置为 128M Nand Flash和 2G DDRII存储,标配可实现 10万*12条 SOE事件记录和 333*12个完整波形数据存储(每次录波波形文件为 32*12KB);

Ø  通信终端不仅能线路故障主动上传监测数据,还能实时录波和测量,支持后台主站远程手动调取数据的功能。

5) 设备自检

Ø  信号检测终端可定时采集和上传感应取电电流、GPS在线情况、电池/电容电压;

Ø  信号检测终端具有电池/电容电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低等报警及信息上传功能;

Ø  通信终端可定时采集和上传太阳能供电电流(选配)、蓄电池电压、GPS在线情况、短距离无线通信信号强度、GPRS接收信号强度(质量)等参数;

Ø  通信终端具有蓄电池电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS接收信号强度低(质量差)等报警及信息上传功能。

Ø  通信终端具备软硬件自检功能,可防止程序“跑飞”或“死锁”。

6) 本地和远程参数查询、修改与软件升级

Ø  可通过本地维护终端就地或通过系统主站与通信终端远程查询、修改信号检测终端相关参数,包括:定时数据采集与上传周期; 蓄电池/超级电容电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低等报警门限;

Ø  可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程更新综合数据处理单元的嵌入式软件,并查看和设置设备的基本参数,包括:终端装置设备 ID; 远端主站系统 IP地址、端口号; 定时数据上传时间间隔; 设备自动重启时间间隔; 蓄电池电压低、GPS未上线、短距离无线通信信号强度低、GPRS接收信号强度低(质量差)等报警门限;

Ø  可通过本地维护终端就地或通过系统主站远程实现通信终端的软件升级。

2.4.2主站

1) 主站架构

Ø  输电线路故障精确定位系统可采用如下图所示建立完全独立的主站系统;同时也可提供相应的 SDK开发包(Windows Server 2008),LINUX主站系统,以便与第三方主站系统进行集成。

Ø  信号检测终端通过 GSM/GPRS移动蜂窝网 APN通过安全信息平台接入局域网。

Ø  局域网内用户可凭借相应的预设账号,采用 IE浏览的方式访问主站系统的 Web服务器。

Ø  用户还可通过安全信息接入平台认证的智能手机或者其它移动终端,凭借相应的预设用户帐号和密码,采用 Web浏览的方式访问主站系统。

图 主站结构示意图

2) 主站主要功能

输电线路故障精确定位监测系统后台分析和展示功能集成于公司的输配电在线监测系统中,不仅可以实现输电线路故障定位的分析、计算与展示,还可以接入其它远方监测终端实现多种数据的监测和展示。

实时数据展示功能 :基于 GIS数据库和地理位置图形,展示实际线路及线路走廊,并自动更新展示线路上检测终端所采集的最新运行状态、数据和报警信息;自动更新展示远方终端系统自身运行状态和报警信息;根据远方终端系统自身海拔、经纬度信息,自动更新显示位置、数据库中的位置信息。

远方终端设备参数配置和软件升级 :支持通信终端、信号采集终端相关参数修改;支持通信终端嵌入式软件升级。

远方终端设备数据人工受控查询和采集 :支持通信终端、信号采集终端相关参数查询; 支持通信终端存储卡中的历史数据调取;

数据查询、统计和报表打印 :支持多种图形方式的历史报警信息、历史测量数据的查询、统计和报表输出;支持远方终端设备各种参数的查询和统计。

Web访问 :同一局域网内的用户,可通过账户和密码登录方式,采用 Web访问完成实时数据浏览、参数设置、数据查询、数据统计等各项功能

3 配置方案

3.1架空线路单线配置方案

对于架空线路,在电源测各设一个监测点,并可在线路上灵活配置监测点位置和数量,相邻两个检测点距离不小于 5km,不高于 30km。每个监测点安装一组架空型信号检测终端,每组 3台信号检测终端,分别安装在三相导线上。

图   架空线路单线配置示意图

3.2 电缆线路单线配置方案

对于电缆线路,在电缆线路两端各设一个监测点,两个监测点距离不小于 5km。每个监测点安装 1台电缆型信号检测终端,电缆型信号检测终端可安装在线杆上或分支箱中。每台信号检测终端可接入 12只罗氏线圈电流互感器,可同时同步测量 3条电缆线路。


图 电缆线路单线配置示意图

3.3 架空和电缆混合线路配置方案

对于架空和电缆混合线路,分别结合架空单线与电缆单线两种方案进行配置。

图  架空和电缆混合线路配置示意图

3.4 架空 T接配置方案

对于架空线的 T接线路,在干线和各分支上均分别作为单线线路按照 4.1中的配置方案进行配置。

图  架空 T接线路配置示意图

3.5 电缆线路分支箱配置方案

在电缆线路分支箱中,安装 1台电缆型信号检测终端,可配置最多 12路罗氏线圈电流互感器。

图 电缆线路分支箱配置示意图

4 技术参数

4.1 技术标准

产品所遵循的主要技术标准:

序号

标准号

标准名称

1

GB 191—2008

包装储运图示标志

2

GB/T 4208—2008

外壳防护等级(IP代码)

3

GB 50198

民用闭路监视电视系统工程技术规范

4

GB 50545

110kV~750kV架空输电线路设计规范

5

GB/T 2423.2—2008

电工电子产品环境试验第 2部分:试验方法试验 A:高温

6

GB/T 2423.4—2008

电工电子产品基本环境试验规程试验 Db:交变湿热试验方法

7

GB/T 2423.10—2008

电工电子产品环境试验第二部分:试验方法试验 Fc 和导则:振动(正弦)

8

GB/T 2423.1—2008

电工电子产品环境试验第 2部分:试验方法试验 A:低温

9

GB 2894—2008

安全标志及其使用导则

10

GB/T 2887—2000

电子计算站场地通用规范

11

GB/T 6587.6—1986

电子测量仪器运输试验

12

GB/T 6587.7—1986

电子测量仪器基本安全试验

13

GB/T 6593—1996

电子测量仪器质量检验规则

14

GB/T 11463—1989

电子测量仪器可靠性试验

15

GB/T 14436—1993

工业产品保证文件总则

16

GB/T 15844.1—1995

移动通信调频无线电话机通用技术条件

17

GB/T 16611—1996

数传电台通用规范

18

GB/T 16927.1—2006

高电压试验技术第一部分:一般试验要求

19

GB/T 17626.2—2006

试验和测量技术静电放电抗扰度试验

20

GB/T 17626.3—2006

试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

21

GB/T 17626.8—2006

试验和测量技术工频磁场抗扰度试验

22

GB/T 17626.9—1998

试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验

23

YD/T 799—2010

通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法

24

YD/T 1028—1999

800MHz CDMA 数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范:移动台部分

25

YD/T 1214—2006

900/1800MHz TDMA 数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务(GPRS)设备技术规范:移动台

26

DL/T 741—2010

架空送电线路运行规程

27

DL/T 5092—1999

110kV~500kV架空送电线路设计技术规程

28

Q/GDW 245-2008

架空输电线路在线监测系统通用技术条件

29

GB/T 3482—2008

电子设备雷击试验方法

30

GB/T 6587.8—1986

电子测量仪器电源频率与电压试验

31

GB/T 15844.1—1995

移动通信调频无线电话机通用技术条件

32

GB/T 16611—1996

数传电台通用规范

33

GA/T 70—2004

安全防范工程费用概预算编制办

34

GA/T 75—1994

安全防范工程程序与要求

35

GA/T 367—2001

视频安防监控系统技术要求

36

YD/T 799—2010

通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法


4.2 监测装置技术参数

4.2.1使用环境

1) 环境温度:-40℃~+75℃;

2) 相对湿度:5%RH~100%RH;

3) 大气压力:550hPa~1060hPa;

4.2.2主要技术参数

1) 同步采样通道数量:12路,考虑精度时 12路测量;

2) 电流采样频率:800KHz~2MHz;

3) 电流录波:100ms内连续采集不少于 10个行波;

4) 数据存储容量:Flash ROM 128M;DDRII 2G;

5) GPS时钟精度:绝对误差≤30ns,一致性误差≤ 10ns;

6) 数据上传方式:GPRS、RS232、Ethernet(JR45);

7) 数据定时上传时间间隔:5~60min(可设),步进:5min,推荐:30min;

8) 工作电源:太阳能供电(选配)+感应取电+法拉电容+可充电锂电池;

9) 太阳能板功率(选配):4W/12V;

10)  感应取电功率:5W~15W (负荷电流 30A以上);

11)  适用线路电压:交流 35kV~1000kV;直流±400kV~±800kV。

12)  使用寿命:≥8年

4.3 主站系统设备技术参数

输电线路故障精确定位系统主站供用户的远端终端系统接入,其主要设备参数如下:

1)   数据通信设备

Ø  数据通信方式:电信 VPN专网,固定 IP;

Ø  双向数据带宽:10M 独享;

Ø  防火墙:中国电信企业防火墙。

2)   服务器

Ø  服务器型号: IBM System x3850 X5,4U机架式;

Ø  CPU型号:X86,Intel Xeon E7-4807;

Ø  CPU主频:1.86GHz,1.5G-2.0G以下;

Ø  CPU数量:4个;

Ø  扩展插槽:7个 PCI Express扩展插槽;

Ø  内存类型和容量:DDR3,1TB;

Ø  硬盘容量:4.8TB;

Ø  网络控制器:双千兆以太网。

3)   操作系统

Ø  凝思 LINUX操作系统或 WIN8系统;

Ø  数据库:SQL、ORACLE、达梦、金仓。

4)   软件平台

Ø  云计算平台。

5 包装与运输

在发货之前,产品已经经过校验、测试、配置和出厂检验,以备安装和现场调试,为确认运输过程没有损坏,接货时需要做如下检查:

1) 接货检查

接收货物在打开包装箱之前,对货运包装箱进行外部检查,若货运箱有明显损坏,做好损坏记录,并由货运代理签字。

2) 开箱

如果打开货运箱后,发现货物损坏,应向货运人声明。另外,运输用包装箱和包装材料应保存好,以备检查。

3) 外观检查

从货运箱内取出货物,对产品及其附件进行外部检查,观察其外部是否有诸如凹痕、擦伤、变形、以及输出端连接器是否损坏等,如发现上述情况,应及时向货运人提出。

4) 标签

检查产品的标签和随机资料,以确保产品型号规格是否合乎订货要求。

5) 装箱单

清点并检查装箱单所列项目,以确保齐全和无损坏。如有损坏,应向货运人提出。技术服务部门将提供维修或更换指导,如果产品必须寄回公司,应及时销售部联系。

6参数调研

序号

项目

应答

1

线路电压等级

 

2

线路总长度

 

3

线路最小负荷,最大负荷

 

4

导线的型号与外径

 

5

导线的分裂数

 

6

线路的折线图(有长度标识)

 

7配置方案

序号

产品名称

产品型号

数量

备注

1

故障定位装置

 

 

3只为一组,每个点一组,两组安装距离大于5km,小于30Km

2

故障定位软件

 

 

用于定位故障点位置

3

服务器

 

 

包含主机、显示器

4

手机卡

SIM卡

 

用户提供

5

技术支持

 

 

厂家技术支持

6

产品安装

 

 

用户负责安装

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