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配电线路实时数据监测及故障定位系统-泛在电力物联网建设实践【4】

发布时间:2020-01-15

1. 行业现状
1.1. 行业概况
配电网直接联系用户,其可靠供电能力和供电质量既是电力企业经济效益的直接体现,又对应着不可估量的社会效益。配电线路在线监测作为配电自动化的一个重要内容,对提高供电可靠性有很大影响,也得到了越来越多的重视。配电系统因为分支线多而复杂,在发生短路故障时要找出具体故障位置往往需耗费大量人力、物力和时间。广大电力客户对于供电可靠性的要求越来越高,电力市场要求我们在配电线路出现短路或接地故障时能够快速查到故障点,并在最短的时间内隔离故障,以较大限度地减少停电损失。如果仍然采用传统的人工查找故障方式,不仅工作量大,在实时性、准确性和应用性等方面都存在严重不足。

为了快速改变配电线路故障的传统人工排查方式,须依托现代数字通信技术、计算机软硬件技术、在线监视自动测量技术、地理信息应用等技术,建立一套完善的配电线路在线监测系统,并集成配网抢修平台、配网自动化系统等应用,实现配电线路运行状况的在线监测和线路故障的实时告警,快速定位配电线路故障位置,帮助抢修人员迅速赶赴现场,排除故障,及时恢复正常供电。进而大大提高供电可靠性、供电部门的工作效率和自动化管理水平。

当前每年国家因配网故障导致的损失高达2000亿左右。随着经济的发展和社会的进步,人们对用电的依赖性越来越高;配电网是用电的末端环节,直接联系着用户,所以对配电网络安全可靠运行提出了更高要求。随着配电网络不断发展,供电企业急需更精确的、更加智能化的管理手段来及时响应自然灾害、施工破坏、设备异常等原因引起的配电网故障事件。

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1.2. 行业需求
目前国内大部分的产品方案都是1)基于感应取电实现线路的在线监测,停电无法实现监测;2)关注了线路上的故障,没有关注接地的故障,需要接地的故障和线路的故障综合起来考虑,才能实现配电的完全问题解决,基于上述两点的分析,行业的具体需求如下。

系统帮助电力运行人员实时了解线路上各监测点的电流、电压的变化情况,在线路出现短路、接地等故障以后给出颜色、声光和短信报警,告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电,通知电力运行人员迅速赶赴现场进行故障抢修处理。

系统除了显示线路故障电流途径和位置,还能显示线路负荷电流、零序电流、线路对地电压、暂态接地电流的变化情况并绘制历史曲线图,用户还可以对开关位置遥信采集和实现开关遥控等功能,实现配电自动化的功能。

当线路正常运行时:系统能够及时掌握线路运行情况,并将线路负荷电流、等线路运行信息以及终端太阳能充电电压、后备电池电压等设备维护信息。为及时掌握线路故障前的运行状态,保证线路正常运行,避免事故发生,并为在线调整故障检测参数提供技术手段。

当线路发生故障时:系统能够及时判断出短路、接地的故障点,并将动作信号、故障电流、故障电压等故障信息提供给抢修人员,方便抢修人员快捷查找故障点,避免事故进一步扩大。

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2. 技术方案
2.1. 工作原理
建立一套配电线路智能在线监测系统,该系统实现短路、断线和接地故障的自动检测报警,并在此基础上实数据远程的存储与移动端数据显示方案。为电网的故障检修,电网的平稳运行、检验报表的管理提供全面、规范、准确的系统支持,以提高检修的效率,并可相应地缩短停电时间,避免因检修停电的延时而带来供电损失的增大。系统结构如图-1所示,主要功能模块结构如图-2所示。

现场传感器:配电线路数据采集器(线路电流监测)、配电线路接地点数据采集器(线路接地点接地电流监测)、变电站主变压器中心接地点数据采集器(主变中心接地点接地电流监测)、配电线路变压器数据采集器(线路电压监测)

数据传输通讯:采用现有的公共通讯模式,结合自有的组网模式,实现数据的传输;

后端算法及软件系统:服务软件,实现数据的采集、存储、配置、查询、报表等功能,同时采用专有的故障预警算法,实现精确的故障定位。

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图-1 系统结构示意图


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 图-2  系统模块结构图


2.2. 系统组成
系统包含3部分的内容,现场传感器、现场传输终端、后台软件。

2.2.1. 传感器

1)配电线路数据采集器(线路电流监测)

(1)大电流预警功能。

(2)大电流报警功能。

(3)瞬间大电流报警功能。

(4)电流跳变报警功能。

(5)跳闸报警功能。

(6)线路断线报警功能。

(7)有通讯传输中转站功能。

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 图-3

2)配电线路接地点数据采集器(线路接地点接地电流监测)

(1)接地点接地电流报警功能。


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图-4

3)变电站主变压器中心接地点数据采集器

(1)主变中心接地点接地电流监测

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 图-5

4)配电线路变压器数据采集器(线路电压监测)

(1) A、B、C相低电压预警功能。

(2) A、B、C相高电压预警功能。

(3) AB、BC、AC线低电压报警功能。

(4) AB、BC、AC线高电压报警功能 。

(5)跳闸报警功能。

(6)电压缺相报警功能。

(7)大电流预警功能(低压)。

(8)大电流报警功能(低压)。

(9)有通讯传输中转站功能。

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图-6

2.2.2. 传输系统

 

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图-7

数据通讯架构:可通过有线数据通讯传输,无线数据通讯传输。

合理可靠的配电线路数据通讯架构,为配电线路远程信息化、网络化奠定基础。

2.2.3. 软件系统模块

2.2.3.1. 架空线故障检测子系统
本系统采用架空线路智能故障指示器安装在10kV架空线路上,用于在线监测电力线路运行及故障情况,是一套具有远程传输能力的可分布监控、集中管理、即时通知型的智能化故障管理系统,可为架空线路的安全、稳定运行保驾护航,为线路故障的排除加快速度。该系统通过对架空线路运行状态进行在线监测,获取线路运行数据和故障信息,实现短路和接地故障的快速准确定位及负荷监测的功能,为线路的负荷分配提供依据,并可加快故障排除速度,缩短停电时间,减小停电损失,提高作业自动化、信息化水平。该系统能快速准确的在线检测接地故障、短路故障、线路负荷、过流、停电、带电等情况,并将所采集到的特征信息发送到系统主站。系统软件进行数据分析、告警显示、告警短信转发、故障统计检索和查询等,引导工作人员迅速准确找到故障点,为提高工作效率、减轻工作人员劳动强度提供了一种强有力的手段,能有效提高配电线路故障检测的自动化和现代化水平。

(1)系统主要作用

方便快捷查找故障点,避免了供电事故进一步扩大;

极大的减轻了工作人员的劳动强度,节省了大量人力、物力;

缩短了停电时间,减少了矿井停产损失;

提高了供电可靠性、自动化、信息化水平;

实时在线监测线路负荷数据,有助于工作人员全面了解线路运行状态。

(2)系统功能

遥信: -短路故障的准确判断、快速定位与报警;-接地故障的准确判断、快速定位与报警。报警方式:  -在系统主站软件上进行图形及声音报警;  -通过短信方式将故障位置发送至相关责任人手机上;  -就地报警(白天转碗,晚上闪灯)。

遥测:

-负荷电流的实时监测和定时上传;  -故障电流和异常负荷数据的实时采集和上传。

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图-8架空线故障检测终端子系统


2.2.3.2. 数据传输子系统
提供无线射频接口,可接收并处理多组故障检测终端的上传信号。提供GSM/GPRS/4G数据通道,可通实现数据远传。可接收和转发主站指令至相应终端。系统如下图所示

                   
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图-9 数据传输子系统


2.2.3.3. 数据存储子系统
该系统主要完成在线检测数据的实时存储,系统采用TCP/IP异步通信原理,利用Java语言开发的具有该新能并发性的数据服务器系统,利用主流数据库作为数据的存储管理系统,能够满足大量采集数据的存储于分析查询工作。

2.2.3.4. 设备状态显示子系统
本系统主要完成对数据传输设备DTU的日常监测,包括设备内容的电压、太阳能电压、温度、湿度等参数的实时监控,反映设备的工作状态。从而为判断系统的可靠与稳定运行提供一定的依据,提供数据的查询显示、曲线显示等多种内容。

       
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图-10设备状态显示子系统


2.2.3.5. 线路数据查询子系统
该系统通过对线路的综合分析,判断线路的整体运行状态,为现场使用人员提供方便的查询依据。提供线路电流、对地电场等多类数据的查询功能,通过表格、曲线等多种方式进行数据展示,方便工人使用。

2.2.3.6. 线路故障报警显示子系统
该系统主要故障信息的推送、短信报警等功能,同时提供报警信息查询功能,方便工作人员及时发现故障线路,快速维护现场问题从而达到提高工作效率的目的。

2.2.3.7. 现场单线图子系统
本系统为现场提供单线图系统,能够方便的显示现场监控线路的概要情况,能够使工人快速掌握所要监测线路的实时情况,此单线图系统不仅可以在PC端观看,也可以在手机移动端软件上观看,方便系统使用


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图-11现场单线图子系统


2.2.3.8. 线路信息配置子系统
为了适应现场线路设备变化和后期维护的方便,系统提供专门的线路信息维护工作,通过维护工作,能够智能的变换系统显示的设备静态信息,方便现场设备的维护工作。

2.2.3.9. 设备参数配置子系统
设备参数配置子系统能够实现在线的传输、指示器设备运行参数的更改与查询工作,从而方便系统在不同应用现场进行参数配置,从而节省系统的部署于维护成本,方便系统的应用。

2.2.3.10. 数据维护子系统
系统采集的数据属于海量数据,对于数十子站,一个月的数据量达到百万条,数据的存储与管理是一个关键问题,本系统采用动态数据存储方式,设定一定的管理时间,对于长期未使用数据进行分布式存储,对于实时数据采用本地存储管理等方案,从而有效提升系统数据的运行和管理效率。

3. 技术特点
这是一种新的技术创新,可建立起配电网信息化、网络化的智能配电网。改变了目前配电线路故障检测主要使用故障报警器的模式,可提高目前配电线路实时监测及故障定位的正确率,提高故障处理的效率,提高配电网供电可靠性,本系统具有4个创新点。

(1) 数据采集点创新

中心接地设备数据采集点、线路变压器数据采集点、线路数据采集点、线路接地数据采集点。四种类型的数据采集器满足了配电线路各类信息数据采集,为判断配电线路故障类型及故障位置提供了实时正确数据信息。

(2) 故障判别方法的创新

通过对线路上各种数据采集装置的运行数据采集、综合分析,为后台服务器智能化判断配电线路故障类型及故障位置提供了快速正确可靠的依据。


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-12 故障判定算法

(3) 通讯网络架构的创新

数据通讯架构:可通过有线数据通讯传输,无线数据通讯传输。

合理可靠的配电线路数据通讯架构,为配电线路远程信息化、网络化奠定基础。

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图-13 通讯网络


这是一种新的技术创新,可建立起配电网信息化、网络化的智能配电网。改变了目前配电线路故障检测主要使用故障报警器的模式,可提高目前配电线路实时监测及故障定位的正确率,提高故障处理的效率,提高配电网供电可靠性,本系统具有3个创新点。

(4) 采集设备的创新

配电线路瓷瓶型有线传输电流及电场数据采集装置。特点:数据是通过有线分法传输,可以带电安装,安装方便。

(5) 传感器带电安装

独有的传感器技术,可以带电方便安装。
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