电缆故障预警与精确定位装置

系统(tong)概述

  随着电网建设的不断发展，高压电缆供电线路被越来越多的应用到应用到城市电网建设当中。目前高压电缆出现接地故障后，整个系统接地故障区段很难查找，确定故障电缆区段后，还需查找电缆故障点，传统的离线故障定位方法工作量大、安全性低，停电测试会造成一定的经济损失。高压电缆双端自动测距技术可以快速有效的查找故障隐患、准确定位故障点，同时具备支路选线功能。

   利用故(gu)障(zhang)(zhang)时产生的(de)电(dian)流行波(bo)信号测(ce)(ce)量故(gu)障(zhang)(zhang)距(ju)(ju)离是一种(zhong)较为(wei)成熟的(de)技(ji)(ji)术，已在(zai)(zai)输电(dian)线(xian)路(lu)和部分(fen)结(jie)构简单的(de)配电(dian)线(xian)路(lu)中获得成功应用。但高(gao)压电(dian)缆铺设距(ju)(ju)离长，中间接(jie)头多，故(gu)障(zhang)(zhang)初始行波(bo)衰(shuai)减严重、折反射规律复(fu)杂，现有(you)常用的(de)双端（需要在(zai)(zai)变电(dian)站母线(xian)和主(zhu)干(gan)(gan)线(xian)路(lu)末端处(chu)分(fen)别安(an)装(zhuang)行波(bo)测(ce)(ce)距(ju)(ju)装(zhuang)置）与单端（仅(jin)在(zai)(zai)母线(xian)处(chu)安(an)装(zhuang)行波(bo)测(ce)(ce)距(ju)(ju)装(zhuang)置）行波(bo)测(ce)(ce)距(ju)(ju)技(ji)(ji)术并不能直接(jie)应用。针对高(gao)压电(dian)缆网络特定(ding)的(de)结(jie)构，在(zai)(zai)主(zhu)干(gan)(gan)电(dian)缆接(jie)地处(chu)安(an)装(zhuang)电(dian)缆故(gu)障(zhang)(zhang)精确定(ding)位装(zhuang)置，实现故(gu)障(zhang)(zhang)的(de)分(fen)布式行波(bo)测(ce)(ce)距(ju)(ju)、选线(xian)是一个有(you)效的(de)解决途径(jing)。

    电缆故障预警与精确定位装置利用高(gao)(gao)速暂(zan)态行波(bo)在(zai)线监(jian)测和电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网拓扑分析(xi)(xi)的系统(tong)(tong)方(fang)法(fa)(fa)，实(shi)(shi)现高(gao)(gao)压(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)的在(zai)线监(jian)测，对高(gao)(gao)压(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)故(gu)障(zhang)进行定(ding)位(wei)、选线和预警(jing)(jing)。具体方(fang)法(fa)(fa)是在(zai)主(zhu)干电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)与特定(ding)分段(duan)位(wei)置(zhi)分别安装电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)故(gu)障(zhang)精确(que)定(ding)位(wei)装置(zhi)，将电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)在(zai)发生故(gu)障(zhang)前的微弱(ruo)暂(zan)态信号(hao)采集(ji)到，通(tong)过电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)故(gu)障(zhang)精确(que)定(ding)位(wei)装置(zhi)分析(xi)(xi)处理，将信号(hao)上传到系统(tong)(tong)后(hou)(hou)台(tai)，系统(tong)(tong)后(hou)(hou)台(tai)通(tong)过波(bo)形分析(xi)(xi)自动预警(jing)(jing)并通(tong)过双端测距技术自动计算(suan)故(gu)障(zhang)点距离，通(tong)过系统(tong)(tong)后(hou)(hou)台(tai)指示故(gu)障(zhang)点位(wei)置(zhi)，并且对馈出支路(lu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)缆(lan)实(shi)(shi)现选线功能。

   系统(tong)(tong)后台可(ke)(ke)以部署在云服务端或本(ben)地(di)主站，电力运(yun)(yun)维人(ren)员可(ke)(ke)通过局域网或互联网访问、账号登录、手机APP推送、短信(xin)息(xi)提(ti)示(shi)等(deng)方式实(shi)现系统(tong)(tong)远程监控(kong)，实(shi)时(shi)了解电缆运(yun)(yun)行(xing)状况信(xin)息(xi)。系统(tong)(tong)可(ke)(ke)以做(zuo)到故障前的测距(ju)、选线和(he)预警，从而实(shi)现状态(tai)检修(xiu)，使维护人(ren)员在线路(lu)故障之前对(dui)故障进行(xing)正确处(chu)理，提(ti)高电网自动化(hua)程度，保证电网的安全性和(he)可(ke)(ke)靠(kao)性，减少(shao)了大量(liang)的人(ren)力物力消耗，节(jie)约了运(yun)(yun)行(xing)成(cheng)本(ben)。

系统功能

   1、故障(zhang)定位：系(xi)统采用双端自(zi)动测(ce)距技术(shu)，实(shi)现高压主回路(lu)电缆的双端测(ce)距，并(bing)且(qie)在系(xi)统后台界面指(zhi)示故(gu)(gu)障(zhang)点位置，对故(gu)(gu)障(zhang)点进行标注，故(gu)(gu)障(zhang)测(ce)距精度(du)可达到±1.7m或(huo)±0.2%L（取最(zui)大(da)）；

   2、故障(zhang)选线（选配）：实时监(jian)测各支(zhi)路电(dian)缆暂(zan)态电(dian)流变化，根据行波选线(xian)(xian)原理和拓扑(pu)结构确定分(fen)支(zhi)出线(xian)(xian)故障(zhang)线(xian)(xian)路；

   3、故障预警（选配）：系统(tong)利用瞬(shun)时性故障的暂态行波特征(zheng)，根据电(dian)缆(lan)(lan)瞬(shun)时性接地(di)后的绝缘状态更接近于(yu)故障的现象，对电(dian)缆(lan)(lan)的绝缘状态进行监测，保证线路(lu)发生接地(di)故障前系统(tong)能(neng)够(gou)可(ke)靠(kao)预警；

   4、环流监(jian)测(ce)（选配）：针(zhen)对(dui)单芯电缆，系统可以实(shi)现(xian)监(jian)测线(xian)路(lu)的外护套绝(jue)缘情况，并绘(hui)制环流(liu)曲(qu)线(xian)，对(dui)外护套绝(jue)缘异常电缆进行故障告警；

   5、系统云服务(wu)（用户可选项）：针对每个用户提供足(zu)够的(de)用户空(kong)间，用户可在任何时间地点通过浏览器方(fang)式访问现场的(de)系(xi)统(tong)监测情况，并且系(xi)统(tong)历史(shi)数据存储(chu)，方(fang)便历史(shi)查看；

   6、断(duan)电防(fang)护（选配(pei)）：电(dian)缆故障(zhang)精(jing)确(que)定位装置内电(dian)源模块处于热(re)备份状(zhuang)态，当供电(dian)电(dian)源断电(dian)后，电(dian)缆故障(zhang)精(jing)确(que)定位装置可(ke)持续工作≥8h，确(que)保断电(dian)瞬间采(cai)集的数据完整性；

   7、电子值班（用户可选项）：实现无人(ren)值守，报警信(xin)息及工作状(zhuang)态可通过(guo)发送短信(xin)息、APP推送的方式至相关(guan)人(ren)员；

   8、历史(shi)存储(chu)：实(shi)现(xian)实(shi)时存储信息(xi)，可进行历史数据查询，报警信息(xi)打印等；

   9、录波功能（选配）：系统可(ke)实(shi)时(shi)录波，因(yin)录波时(shi)数据量(liang)较大(da)需要稳定的(de)数据传输(shu)方式(shi)，现(xian)场需要敷设光纤。

技(ji)术参数

监测装(zhuang)置尺寸：260mm*340mm*88mm

高(gao)频电流采样频率：50MHz*8路                  

工频(pin)电流采样(yang)频(pin)率：10KHz*8路

电压采样频率：100KHz*4路

高(gao)频监(jian)测(ce)：50MHz*8路(lu)高(gao)速采样，可同时监(jian)测(ce)8条电(dian)缆(lan)

工频监(jian)测（单芯电缆）：10KHz*8路采集，可同时(shi)监(jian)测8条(tiao)电缆

高频屏蔽层式传感器测量带宽：100KHz～5MHz

高频(pin)芯线式(shi)传感器测量(liang)带宽(kuan)：1kHz～100MHz

工频屏蔽层(ceng)式传感(gan)器测量带宽：50Hz-1KHz

系统定位精度：±1.7m或±0.2%L（取最大）

系统(tong)选线准确率：≥95%

GPS/光纤(xian)/北斗守时精度(du)：20ns

云(yun)服务（用户可选项）：阿里云(yun)

功耗：≤10W

通讯接口：4G无(wu)线通讯/网(wang)口*2/光口*2

供电方式(shi)：AC 110~220V/ DC 15~60V/CT耦合(he)取电（启动电流＞30A）

电源掉(diao)电保持(chi)时(shi)间：≥8h

装置平(ping)均*工作时(shi)间MTBF：≥50000h

系统(tong)上位机：主(zhu)站(zhan)或(huo)云

工作(zuo)温(wen)度：-40℃~+70℃

系统(tong)的(de)先进性

   1）通过安装(zhuang)高(gao)(gao)压电缆故(gu)障预警及选(xuan)线定(ding)位(wei)(wei)系(xi)统，从故(gu)障定(ding)位(wei)(wei)、选(xuan)线、故(gu)障预警等方(fang)面可(ke)做到自动化(hua)，提(ti)高(gao)(gao)了故(gu)障排查效率，节省了大(da)量的时(shi)间和(he)人力。

   2）提高(gao)了配电(dian)网(wang)自动化水(shui)平，可(ke)有计划地提前采(cai)取措(cuo)施，保证(zheng)厂区设备运行安全，保障(zhang)电(dian)网(wang)的可(ke)靠供电(dian)，避免了由于(yu)突(tu)发停电(dian)而造成的不必要的经济损失。

   3）系统软(ruan)件(jian)后(hou)台可选(xuan)择(ze)部署在云服(fu)务器端，操作(zuo)人员访问方(fang)便，不受时间(jian)、地点限(xian)制，可实时查看线路运行情(qing)况，方(fang)便管(guan)理。

   4）电缆故(gu)障精(jing)确定(ding)位(wei)装置结(jie)构紧(jin)凑，施工安装方便，可对重点(dian)站、重点(dian)设备、异常设备进行长期(qi)监(jian)测，系统(tong)配(pei)置灵活。

   5）系统(tong)安装不(bu)改(gai)变电缆运(yun)行(xing)方式和结构，不(bu)占用现有(you)系统(tong)资(zi)源，在电缆接地导(dao)体上安装电流传感器安全可靠,可监测长电缆，最大监测电缆长度为40km。

   6）电缆(lan)故障精确定位装置采用(yong)全网络(luo)化设(she)置，通(tong)讯(xun)(xun)(xun)方式多(duo)(duo)样(yang)：可通(tong)过4G无(wu)线(xian)通(tong)讯(xun)(xun)(xun)、网络(luo)通(tong)讯(xun)(xun)(xun)、光纤通(tong)讯(xun)(xun)(xun)方式对每个装置分配不同的IP地址，能同时对多(duo)(duo)条回路进行(xing)实(shi)时在线(xian)监测和(he)故障预警。

   7）系(xi)统(tong)响应时间(jian)短，当(dang)电缆发(fa)生暂态故(gu)障产生放电信号(hao)后，高(gao)频传感器在(zai)5s之(zhi)内即可将采集到(dao)的故(gu)障信号(hao)通过网络通讯传递给上位(wei)机软件并实时显示故(gu)障波(bo)形(xing)，便于值班人员快速分析故(gu)障点。

   8）单芯电缆实时(shi)监测(ce)护层接(jie)地电流(liu)，实现对电缆护层接(jie)地电流(liu)异(yi)常报警。

系统构成

   1、电缆故障定位在线(xian)装置

   电缆故障定位在线装置由主控单元（CPU模块）、高速信号数据采集单元（DAU模块）、GPS/光纤/北斗守时模块、4G/光纤/网络通讯模块、电源管理模块等部分构成，电缆故障精确定位装置通过高频传感器获取暂态行波电流信号，记录采集时的时间标签,同时，在现场条件具备的前提下，可增采 Ua、Ub、Uc、工频电压信号及零序分量，作为对高压电缆故障点定位和预警的辅助条件，为后台运算提供数据支持。

   电(dian)缆故(gu)障(zhang)(zhang)精(jing)确(que)定(ding)位(wei)装置融(rong)合先进的(de)(de)数(shu)字化传感器技术(shu)、高速数(shu)据(ju)采(cai)集、数(shu)据(ju)分析、通(tong)信技术(shu)和计算机技术(shu)为一体(ti)(ti)，将本(ben)地数(shu)据(ju)通(tong)过4G/光(guang)纤/网(wang)络(luo)通(tong)讯模块实时上传至系统后台。电(dian)缆故(gu)障(zhang)(zhang)精(jing)确(que)定(ding)位(wei)装置能够适应恶(e)劣(lie)的(de)(de)运(yun)(yun)行环(huan)境，为配(pei)电(dian)网(wang)安全运(yun)(yun)行提供有力的(de)(de)保障(zhang)(zhang)。装置外观如下图所示：

   2、传感(gan)器

   2.1高频信号采(cai)集(ji)传(chuan)感器（分为高频屏蔽(bi)层式传感器和高频芯线式传感(gan)器两种(zhong)）

    高频屏蔽层式传感器：传感器安装在被监测电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，传感器按照一致方向固定在电缆屏蔽线上，并注意屏蔽线处安装传感器之前需要做绝缘处理。传感器与采集单元间通过多芯屏蔽线连接。装置外观如下图所示：

   ●安装在电(dian)缆(lan)金属屏蔽层接地线(xian)处

   ●测量带宽：100KHz～5MHz

   ●输出阻抗：50Ω

   高频芯线式传感器：传感器安装在被监测电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号,传感器与采集单元间通过多芯屏蔽线连接。装置外观如下图所示：

   ●安装在被监测电缆本体上，每一处监测点配置3个传感器

   ●测量量程:5A～5000A

   ●测量带宽：1kHz～100MHz

   ●绝缘隔离水平：DC 10kV/1min

   ●安装方式：开合式

   ●匹配阻抗：50Ω

   2.2工频屏蔽层(ceng)式传感(gan)器

   传感器安(an)装(zhuang)在被监(jian)(jian)测(ce)电缆金属(shu)屏(ping)蔽层接地线上，负责监(jian)(jian)测(ce)单(dan)芯电缆外护套(tao)环流信号。传感器采(cai)用开(kai)口(kou)铁芯结构设计，不需断开(kai)被测(ce)电缆即可快速、方(fang)便安(an)装(zhuang)拆除。装(zhuang)置外观如下图所示：

   ●安装在电缆金属屏蔽层接地线处（单芯电缆使用）

   ●额定初级电流：5-400Aac

   ●额定次级电压:0.333Vac

   ●测量带宽：50Hz-1KHz

   3、系统主站

   主站包含有(you)系统监测后(hou)台、其他辅助监测(ce)单元等(deng)，利(li)用*算法，通过(guo)对现场(chang)的上传数(shu)据(ju)进行分析，实现故障点精确(que)定位、预(yu)警等(deng)各(ge)项功能。

   4、系统软件后台

   软件(jian)平台(tai)采用(yong)B/S的结构搭建，通(tong)过自组局(ju)域网(wang)或采用(yong)云服(fu)务来实现各项(xiang)功能(neng)。用(yong)户可(ke)在自己的客(ke)户端（主站电(dian)脑）用(yong)浏(liu)览器的形式访问系(xi)统(tong)监测后台(tai)，如选(xuan)用(yong)云服(fu)务则(ze)可(ke)在任(ren)何时间地点通(tong)过浏(liu)览器登录系(xi)统(tong)监测后台(tai)，查(cha)看线路运行情况，并且系(xi)统(tong)的历(li)史数(shu)据长期存(cun)储，方(fang)便查看。

系(xi)统可自动预(yu)警电缆(lan)故(gu)障和(he)故(gu)障精确(que)定位，并通(tong)过弹(dan)窗告(gao)警，也可选择手机

短信(xin)方式或者(zhe)APP软件推送将故障信(xin)息通(tong)知相(xiang)关(guan)人(ren)员(yuan)。值(zhi)班人(ren)员(yuan)可在监(jian)控中心或通(tong)过远程访问的(de)方式，直观查(cha)看各条电缆(lan)线路(lu)运行情(qing)况(kuang)，当出现异常时系统(tong)会自动弹出告警提示，极大的(de)方便了工作人(ren)员(yuan)对电缆(lan)日常的(de)监(jian)测和维护，并(bing)且(qie)系统(tong)自动保留原始数(shu)据以便后期(qi)的(de)利(li)用。

   系(xi)统可根据(ju)现场监(jian)(jian)测(ce)(ce)线(xian)(xian)(xian)路(lu)情况，配置本用(yong)户的系(xi)统网(wang)络拓扑，用(yong)户值班人(ren)员(yuan)可通过监(jian)(jian)测(ce)(ce)界面(mian)直观(guan)的查(cha)看监(jian)(jian)测(ce)(ce)范围内线(xian)(xian)(xian)路(lu)的运行(xing)情况。当监(jian)(jian)测(ce)(ce)线(xian)(xian)(xian)路(lu)出(chu)现异常时(shi)系(xi)统会在相(xiang)应线(xian)(xian)(xian)路(lu)处进行(xing)变色闪烁提(ti)示(shi)以及(ji)弹出(chu)告(gao)警弹窗提(ti)示(shi)故障点位置。

   后台软件功能:

   ●定(ding)位：系统(tong)通过双(shuang)端自(zi)动测(ce)距功能计算故障点距离；

   ●选线（选配）：当支路电缆发生故障时，系统根据终端所采集的支线波形方向进行支路选线；

   ●预警（选配）：系统根据高频传感器采集的数据进行分析，结合瞬时故障的能量值与触发频次实现对电缆故障的预警；

   ●电缆运行图显示：

     (1）通过运行(xing)图(tu)可以(yi)直(zhi)观查看系统已安装(zhuang)并监(jian)测的电缆线路及其参数(shu)配(pei)置，

并(bing)可以通过(guo)选定电(dian)(dian)缆(lan)线路或选定配电(dian)(dian)所（箱变）查看电(dian)(dian)缆(lan)自恢(hui)复(fu)故障(zhang)记录索引；

     (2）电缆自恢复(fu)故障点位(wei)置(zhi)可以在网络运(yun)行图上相应位(wei)置(zhi)闪烁(shuo)显示。

   ●波形分析:

     (1）波(bo)形(xing)显(xian)(xian)示：同时显(xian)(xian)示多个通道波(bo)形(xing)，具有波(bo)形(xing)缩(suo)放、通道选择(ze)、游标显(xian)(xian)示功能；

     (2）可(ke)对可(ke)恢(hui)复(fu)故障(zhang)波形(xing)进行(xing)自动分析，以确定电缆(lan)自恢(hui)复(fu)故障(zhang)点的位置。

   ●电子值班（用户可选项）:

可通过短信、APP推送方(fang)式(shi)向有关人(ren)员发送电缆故障告警(jing)信息。

   ●其它功能:(1）设(she)备自检功(gong)(gong)能(neng)；(2）远程(cheng)维护功(gong)(gong)能(neng)（可选）；(3) 电源管理功(gong)(gong)能(neng)；