簡要描述:智能電網(wǎng)配電在線監(jiān)控系統(tǒng)采用了數(shù)字化的故障指示器和數(shù)字化的無線通訊技術(shù),主要用于中高壓輸配電線路上,可檢測短路和接地故障并指示出來,可以監(jiān)測線路和變壓器(高壓側(cè))運行情況,可以對兩路同桿架設(shè)的兩路電動開關(guān)進(jìn)行遙控(合分閘)、遙信(采集開關(guān)位置)操作
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一、 概述
智能電網(wǎng)配電在線監(jiān)控系統(tǒng)采用了數(shù)字化的故障指示器和數(shù)字化的無線通訊技術(shù),主要用于中高壓輸配電線路上,可檢測短路和接地故障并指示出來,可以監(jiān)測線路和變壓器(高壓側(cè))運行情況,可以對兩路同桿架設(shè)的兩路電動開關(guān)進(jìn)行遙控(合分閘)、遙信(采集開關(guān)位置)操作。該系統(tǒng)可以幫助電力運行人員實時了解線路上各監(jiān)測點的電流、電壓變化情況,在線路出現(xiàn)短路、接地、斷線、絕緣下降等故障或者異常情況下給出聲光或者短信通知報警,告知調(diào)度人員進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以隔離故障和轉(zhuǎn)移供電,通知電力運行人員迅速趕赴現(xiàn)場進(jìn)行處理。主站SCADA系統(tǒng)除了顯示線路故障電流途徑和位置,還能顯示線路負(fù)荷電流、系統(tǒng)電壓(電場)的變化情況并繪制曲線圖,用戶根據(jù)需要還可以增加其他監(jiān)測內(nèi)容,例如開關(guān)位置、變壓器溫度和環(huán)境濕度等。
二、 系統(tǒng)特點
1. 采用數(shù)字化的故障指示器技術(shù),適用范圍廣,可靠性高,并且免維護(hù);
2. 對于小電流接地系統(tǒng),可以通過監(jiān)測架空線路的接地暫態(tài)電流,結(jié)合小電流接地選線裝置,可以大大提高接地故障檢測的準(zhǔn)確性;
3. 無線通訊終端采用太陽能電池板供電和后備大容量免維護(hù)鋰電池,確保隨時隨地都能保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊暢通無阻;
4. 主站SCADA系統(tǒng)可以實時對現(xiàn)場的數(shù)字化故障指示器和兩路電動開關(guān)進(jìn)行“四遙”(遙控、遙信、遙測、遙調(diào))和參數(shù)讀寫操作;
5. 顯示線路電流、電壓變化曲線;
6. SOE記錄;
7. 采用短距離無線調(diào)頻通訊進(jìn)行本地組網(wǎng),然后再通過中國移動GPRS與主站通訊,維護(hù)方便;
8. 帶電裝卸,不用停電;
9. 主站軟件采用電力SCADA組態(tài)軟件,易學(xué)易用,功能強(qiáng)大;
10. 主站硬件采用工業(yè)控制計算機(jī),運行可靠,防死機(jī),運行壽命長。
三、 主要功能
1. 監(jiān)測線路短路、接地、過負(fù)荷、斷線、停電、盜割等,幫助電力運行人員迅速查找故障點,避免了事故進(jìn)一步擴(kuò)大;
2. 監(jiān)測線路負(fù)荷電流的變化情況,并在計算機(jī)上顯示電流變化曲線,對線路負(fù)荷情況進(jìn)行分析,防患于未然;
3. 監(jiān)測線路電壓(電場)的變化情況,在計算機(jī)上顯示線路電壓變化曲線,對線路絕緣情況進(jìn)行分析,防患于未然;
4. 可以根據(jù)客戶需求增加溫濕度等監(jiān)測內(nèi)容;
5. 在有電動開關(guān)的地方,可以增加遙控、遙信功能(還需增加一個PT或太陽能操作電源箱);
6. 可以根據(jù)客戶需求打印操作票。
四、 系統(tǒng)組成
l 若干個線路監(jiān)測點、若干臺變電站接地選線裝置和1套主站系統(tǒng)。
l 每個線路監(jiān)測點的設(shè)備包括:3~32只數(shù)字化的故障指示器,1臺無線通訊終端(含太陽能電池板和后備鋰電池)。
l 主站系統(tǒng)包括:1臺工業(yè)計算機(jī),1套主站軟件。
FCI:Digital FaultCurrent Indicator 數(shù)字化的故障指示器
DCU:DataCollecting Unit 數(shù)據(jù)采集器(內(nèi)置低功耗GPRSDTU),可選電動開關(guān)儲能和遙控功能
GPRS DTU:GPRS Data Terminal Uint GPRS通訊終端
EFU:Earth FaultLine Select Unit 接地選線裝置
五、 系統(tǒng)工作原理
數(shù)字化的故障指示器FCI主要安裝在變電站出線、重要分支線和重要電力設(shè)備處,每條線路裝1組(共3只),以實現(xiàn)這些點的遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障定位,同時在附近安裝1臺數(shù)據(jù)采集器DCU。FCI都帶有四字節(jié)通訊地址,用于DCU對FCI的識別;DCU也帶有一字節(jié)地址,用于DCU與主站(GPRS DTU)之間的地址識別。DCU與FCI采用短距離無線調(diào)頻通訊,DCU與主站之間采用GPRS公網(wǎng)通訊。
當(dāng)線路正常運行時,DCU向下采用POLLING規(guī)約輪詢每只數(shù)字化故障指示器(FCI),FCI按預(yù)設(shè)的通訊策略進(jìn)行應(yīng)答,將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU。通訊策略的含義是:FCI采用低功耗電路和程序設(shè)計,設(shè)計壽命為10年以上,但無線通訊能量較大,不能*依靠內(nèi)部鋰電池供電,大部分能量要從高壓導(dǎo)線感應(yīng)取電。當(dāng)負(fù)荷電流大于20A時可以*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(fā)送;當(dāng)負(fù)荷電流小于20A時,只能取到有限的電能,在通訊時會出現(xiàn)“兩問一答”、“十問一答”或者不定時主動發(fā)送的情況,其它時間FCI內(nèi)部無線通訊模塊都在休眠以減少電池?fù)p耗。值得一提的是,由于無線通訊劃分為64個獨立信道,對于主動發(fā)送不存在互相干擾而導(dǎo)致通訊不上的情況。
對于10kV中性點各種接地系統(tǒng),當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時,FCI可以檢測到短路故障電流,如果符合特定的短路故障判據(jù),則本地翻牌顯示,并按照預(yù)設(shè)的時間參數(shù)自動復(fù)歸,也可以通過主站遙控復(fù)歸。同時,在DCU輪詢到自己時將“及時應(yīng)答”或者立即主動發(fā)送動作信息,將動作信號等數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU。
對于10kV小電流接地系統(tǒng),當(dāng)線路出現(xiàn)接地故障時,FCI可以檢測到接地故障暫態(tài)電流,如果符合特定的接地故障判據(jù),則本地翻牌顯示,并按照預(yù)設(shè)的時間參數(shù)自動復(fù)歸,也可以通過主站遙控復(fù)歸。同時,在DCU輪詢到FCI時將“及時應(yīng)答”或者立即主動發(fā)送動作信息,將動作信號等數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU。
DCU在收到FCI的動作信息以后,將動作分支的FCI地址信息通過GPRS通訊方式發(fā)給配網(wǎng)主站SCADA或GIS系統(tǒng),并進(jìn)行報警顯示和自動短信通知。
l 短路故障檢測原理
對于短路故障,FCI提供兩種可選擇的故障判據(jù):一種是電流突變法,一種是過流速斷定值法。
目前市面上絕大多數(shù)模擬電路的故障指示器主要是采用電流突變法,其判據(jù)為:
a) 線路穩(wěn)定時間:≥30S
b) 短路故障電流增量
c) 當(dāng)負(fù)荷電流IL小于等于200A時,ΔI≥100A
d) 當(dāng)負(fù)荷電流IL大于200A時,ΔI≥1/2*IL
e) 短路故障持續(xù)時間:≤10S
f) 短路故障結(jié)束電流:≤2A
該方法的優(yōu)點是自動跟蹤負(fù)荷電流大小,不用整定參數(shù);其缺點一是在有些接地短路情況下,短路電流是逐漸增大的,指示器因無法檢測到電流突變而導(dǎo)致拒動;其缺點二是在有些接地短路情況下,非故障出線、非故障分支、故障點后面的線路如果帶有大型容性負(fù)載(例如高壓電容器)和感性負(fù)載(如大型電動機(jī)、水泵等),則會向故障點反饋送電,導(dǎo)致非故障線路誤動。
由于FCI的動作參數(shù)可以通過主站在線修改,因此在管理比較規(guī)范的電力公司,我們推薦過流速斷法。該方法與變電站微機(jī)保護(hù)裝置的故障檢測原理*,只要變電站出口跳閘,FCI也能檢測到并給出故障指示。為了防止合閘涌流,FCI采取了電壓閉鎖條件,只有檢測到線路停電(無流無壓)以后才會動作。其檢測原理如下:
參數(shù)說明:
Ik參數(shù):當(dāng)前負(fù)荷電流采樣值
Iset參數(shù):包含Iset1(速斷值)、Iset2(過流值)
Tset參數(shù):包含Tset1(速斷延時)、Tset2(過流延時)
TfMAX參數(shù):從變電站出口保護(hù)啟動到保護(hù)跳閘停電的zui大延時
Iaver參數(shù):保護(hù)啟動前的平均負(fù)荷電流
Uk參數(shù):當(dāng)前電場采樣值
Un參數(shù):正常運行時的電場
l 接地故障檢測原理:
對于線路接地故障,目前比較常見的方法是首半波法和信號注入法。經(jīng)過兩、三年的實踐檢驗,首半波或者接地暫態(tài)法存在技術(shù)原理上的缺陷,經(jīng)常導(dǎo)致誤動。雖然信號源注入法相對穩(wěn)定,但由于設(shè)備費用高昂和安裝不便而推廣困難,對于負(fù)荷波動大的線路也經(jīng)常誤動,接地阻抗高較高和接地線接地不牢時時可能發(fā)不出信號。FCI主要采用接地暫態(tài)電流測量法,通過通訊網(wǎng)絡(luò)將各個監(jiān)測點的接地暫態(tài)電流、變電站接地選線裝置的接地報警和選線信息都匯總到主站,由主站進(jìn)行智能和人工決策判斷。
接地故障暫態(tài)電流測量法判據(jù)為:
i. 線路穩(wěn)定時間:T0≥30S
ii. 接地暫態(tài)電流增量:ΔIzt≥ΔIset
iii. 電場下降比例:ΔUk%≥ΔUset%
iv. 電場下降持續(xù)時間:Tk≥Tset
v. 故障結(jié)束穩(wěn)態(tài)電流:≥2A
該方法的特點是能夠?qū)崟r監(jiān)測接地故障暫態(tài)電流變化,和變電站接地選線裝置,并根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和不同的安裝位置在線修改接地故障判據(jù)參數(shù)。
六、系統(tǒng)主設(shè)備介紹
(一)數(shù)字化的故障指示器
1、功能特點
l 從高壓導(dǎo)線小負(fù)荷電流開始取電;
l 檢測相間短路;
l 檢測小電阻、中電阻接地故障 ;
l 檢測小電流接地系統(tǒng)單相接地故障(與接地選線裝置、主站配合完成) ;
l 檢測斷相故障(與主站配合完成) ;
l 檢測線路停電(與主站配合完成) ;
l 監(jiān)測線路負(fù)荷(電流) ;
l 監(jiān)視線路絕緣水平(電場) ;
l 帶電裝卸 ;
l 本地顯示 ;
l 自動/遙控復(fù)歸,可遙控翻牌/復(fù)歸、指示燈點亮/熄滅 ;
l 無線中繼通信;
l 在線設(shè)置參數(shù);
l 防死機(jī)和免維護(hù)設(shè)計 。
2、技術(shù)參數(shù)
l 電源:2.5Ah/3.6V一次性鋰電池*2;
l 取電功率:50uA-20mA/3.6V(一次負(fù)荷電流3A-600A);
l 靜態(tài)平均功耗:25uA(FCI),20uA(短距離無線模塊) ;
l 通訊平均功耗:50uA(每分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)時);
l 電流精度:±1.5%(負(fù)荷電流大于10A時)或者±1A(負(fù)荷電流小于10A時);
l 電壓線性度:優(yōu)于±95%;
l 通訊頻率(短距離無線):433MHz(64個獨立信道自動跳頻);
l 通信距離(RF):100-1000m(空曠地帶);
l 電壓等級:任意(出廠前確定);
l 負(fù)荷電流:0~600A;
l 導(dǎo)線直徑:8~40mm;
l 短時耐受電流:40kA/4S;
l 故障復(fù)位時間:12h(6h,24h,48h);
l 可動作次數(shù):不小于3000次 ;
l 環(huán)境溫度:-35℃~85℃ ;
l 環(huán)境濕度:5~95%;
l 防護(hù)等級:IP65;
l EMC等級:±8kV靜電放電 ;
l 重量:不大于500g ;
l 尺寸:不大于Ф75*150mm;
l 設(shè)計壽命:10年以上。
(二)數(shù)據(jù)采集器
主要用于輸配電線路故障定位與負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng),也可用于變電站高壓開關(guān)柜無線測溫等應(yīng)用場合,通過短距離無線調(diào)頻、跳頻通訊方式實時采集附近安裝的1~30只數(shù)字化故障指示器的信息(系統(tǒng)電壓、負(fù)荷電流、接地暫態(tài)電流及其增量、溫濕度、短路故障動作狀態(tài)、接地故障動作狀態(tài)),然后將打包數(shù)據(jù)通過GPRS通訊方式發(fā)送到配網(wǎng)主站SCADA或者GIS系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。同時,根據(jù)用戶需要,數(shù)據(jù)采集器可以連接1~2臺電動開關(guān),主站系統(tǒng)可以通過GPRS對其進(jìn)行遙控、遙信操作。
l 技術(shù)參數(shù)
(1)、 電源:18V/20~100W太陽能電池板組件
(2)、 電池:10~50Ah/3.6V可充電鋰電池
(3)、 整機(jī)平均功耗: <50mA
(4)、 短距離調(diào)頻發(fā)送功率:<20mA(持續(xù)向指示器發(fā)送巡檢命令時);
(5)、 GPRS發(fā)送功耗: <150mA(持續(xù)向主站發(fā)送實時數(shù)據(jù)時)
(6)、SMS短信平均功耗: <1mA(每天向主站發(fā)送一條短信時)
(7)、 遙測:電流精度為±1.5%(電流大于20A時)或者±1A(電流小于20A時);電壓線性度優(yōu)于±95%
(8)、 遙控:4路繼電器空接點輸出,AC2kV光電隔離,帶0.1F/DC24V可控開關(guān)操作電源和7.2Ah/DC24V開關(guān)儲能電源;
(9)、 遙信:6路開關(guān)位置輔助接點輸入,AC2kV光電隔離,帶DC24V可控遙信電源;
(10)、 遙調(diào):可在線設(shè)置1~30只數(shù)字化故障和數(shù)據(jù)采集器本身的參數(shù)
(11)、 通訊頻率(短距離無線):433MHz(64個獨立調(diào)頻信道,自動跳頻),20~100k(雙向),100~1000米可調(diào)
(12)、 建議帶數(shù)字化故障指示器個數(shù):1~30個
(13)、 重量:DCU0、DCU1<5kg; DCU2<10kg; DCU3<20kg
(14)、 尺寸: DCU0、DCU1 <250mm×150mm×100mm(長×寬×高); DCU2 <300mm×250mm×100mm; DCU3 <450mm×350mm×250mm;
(15)、 設(shè)計壽命:10年以上(可充電鋰電池為5年壽命)
(16)、 環(huán)境溫度:-35℃~85℃
(17)、 環(huán)境濕度:5~95%
(18)、 防護(hù)等級:IP65
(19)、 EMC等級:±8kV靜電放電
l 功能特點
(1)、 體積小,重量輕
(2)、 不停電裝卸
(3)、 太陽能取電,后備大容量鋰電池
(4)、 在線設(shè)置參數(shù),可擴(kuò)展遙控翻牌/復(fù)歸、指示燈點亮/熄滅、開關(guān)合、分閘(增加開關(guān)合分閘驅(qū)動電容和開關(guān)儲能電機(jī)后備電池) 等實用的配網(wǎng)自動化功能
(5)、 防死機(jī)和少維護(hù)設(shè)計
(6)、 對主站采用SMS短信(DCU0)、GPRS(DCU1、2、3)通訊方式和標(biāo)準(zhǔn)101通訊協(xié)議
(7)、 對指示器采用短距離無線調(diào)頻、調(diào)頻通訊方式和仿101協(xié)議POLLING規(guī)約
七、系統(tǒng)配置清單
名 稱 | 規(guī)格/型號 | 數(shù)量 | 備 注 |
主站計算機(jī) |
| 1臺 |
|
系統(tǒng)軟件 |
| 1套 |
|
故障指示器 |
| M臺 | 根據(jù)現(xiàn)場 |
數(shù)據(jù)采集器 |
| N臺 | 根據(jù)現(xiàn)場 |
配電監(jiān)控主機(jī) |
| 1臺 |
|
安裝輔助材料 |
| N套 | 根據(jù)現(xiàn)場 |
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