電纜故障預警與精確定位系統

電纜故障預警與精確定位系統

系統概述

隨著(zhù)電網(wǎng)建設的不斷發(fā)展，高壓電纜供電線(xiàn)路被越來(lái)越多的應用到應用到城市電網(wǎng)建設當中。目前高壓電纜出現接地故障后，整個(gè)系統接地故障區段很難查找，確定故障電纜區段后，還需查找電纜故障點(diǎn)，傳統的離線(xiàn)故障定位方法工作量大、安全性低，停電測試會(huì )造成一定的經(jīng)濟損失。高壓電纜雙端自動(dòng)測距技術(shù)可以快速有效的查找故障隱患、準確定位故障點(diǎn)，同時(shí)具備支路選線(xiàn)功能。

  利用故障時(shí)產(chǎn)生的電流行波信號測量故障距離是一種較為成熟的技術(shù)，已在輸電線(xiàn)路和部分結構簡(jiǎn)單的配電線(xiàn)路中獲得成功應用。但高壓電纜鋪設距離長(cháng)，中間接頭多，故障初始行波衰減嚴重、折反射規律復雜，現有常用的雙端（需要在變電站母線(xiàn)和主干線(xiàn)路末端處分別安裝行波測距裝置）與單端（僅在母線(xiàn)處安裝行波測距裝置）行波測距技術(shù)并不能直接應用。針對高壓電纜網(wǎng)絡(luò )特定的結構，在主干電纜接地處安裝電纜故障精確定位裝置，實(shí)現故障的分布式行波測距、選線(xiàn)是一個(gè)有效的解決途徑。

  電纜故障預警與精確定位系統利用高速暫態(tài)行波在線(xiàn)監測和電網(wǎng)拓撲分析的系統方法，實(shí)現高壓電纜的在線(xiàn)監測，對高壓電纜故障進(jìn)行定位、選線(xiàn)和預警。具體方法是在主干電纜與特定分段位置分別安裝電纜故障精確定位裝置，將電纜在發(fā)生故障前的微弱暫態(tài)信號采集到，通過(guò)電纜故障精確定位裝置分析處理，將信號上傳到系統后臺，系統后臺通過(guò)波形分析自動(dòng)預警并通過(guò)雙端測距技術(shù)自動(dòng)計算故障點(diǎn)距離，通過(guò)系統后臺指示故障點(diǎn)位置，并且對饋出支路電纜實(shí)現選線(xiàn)功能。

  系統后臺可以部署在云服務(wù)端或本地主站，電力運維人員可通過(guò)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)、賬號登錄、手機APP推送、短信息提示等方式實(shí)現系統遠程監控，實(shí)時(shí)了解電纜運行狀況信息。系統可以做到故障前的測距、選線(xiàn)和預警，從而實(shí)現狀態(tài)檢修，使維護人員在線(xiàn)路故障之前對故障進(jìn)行正確處理，提高電網(wǎng)自動(dòng)化程度，保證電網(wǎng)的安全性和可靠性，減少了大量的人力物力消耗，節約了運行成本。

系統功能

  1、故障定位：系統采用雙端自動(dòng)測距技術(shù)，實(shí)現高壓主回路電纜的雙端測距，并且在系統后臺界面指示故障點(diǎn)位置，對故障點(diǎn)進(jìn)行標注，故障測距精度可達到±1.7m或±0.2%L（取最大）；

  2、故障選線(xiàn)（選配）：實(shí)時(shí)監測各支路電纜暫態(tài)電流變化，根據行波選線(xiàn)原理和拓撲結構確定分支出線(xiàn)故障線(xiàn)路；

  3、故障預警（選配）：系統利用瞬時(shí)性故障的暫態(tài)行波特征，根據電纜瞬時(shí)性接地后的絕緣狀態(tài)更接近于故障的現象，對電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行監測，保證線(xiàn)路發(fā)生接地故障前系統能夠可靠預警；

  4、環(huán)流監測（選配）：針對單芯電纜，系統可以實(shí)現監測線(xiàn)路的外護套絕緣情況，并繪制環(huán)流曲線(xiàn)，對外護套絕緣異常電纜進(jìn)行故障告警；

  5、系統云服務(wù)（用戶(hù)可選項）：針對每個(gè)用戶(hù)提供足夠的用戶(hù)空間，用戶(hù)可在任何時(shí)間地點(diǎn)通過(guò)瀏覽器方式訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)的系統監測情況，并且系統歷史數據存儲，方便歷史查看；

  6、斷電防護（選配）：電纜故障精確定位裝置內電源模塊處于熱備份狀態(tài)，當供電電源斷電后，電纜故障精確定位裝置可持續工作≥8h，確保斷電瞬間采集的數據完整性；

  7、電子值班（用戶(hù)可選項）：實(shí)現無(wú)人值守，報警信息及工作狀態(tài)可通過(guò)發(fā)送短信息、APP推送的方式至相關(guān)人員；

  8、歷史存儲：實(shí)現實(shí)時(shí)存儲信息，可進(jìn)行歷史數據查詢(xún)，報警信息打印等；

  9、錄波功能（選配）：系統可實(shí)時(shí)錄波，因錄波時(shí)數據量較大需要穩定的數據傳輸方式，現場(chǎng)需要敷設光纖。

技術(shù)參數

監測裝置尺寸：260mm*340mm*88mm

高頻電流采樣頻率：50MHz*8路                  

工頻電流采樣頻率：10KHz*8路

電壓采樣頻率：100KHz*4路

高頻監測：50MHz*8路高速采樣，可同時(shí)監測8條電纜

工頻監測（單芯電纜）：10KHz*8路采集，可同時(shí)監測8條電纜

高頻屏蔽層式傳感器測量帶寬：100KHz～5MHz

高頻芯線(xiàn)式傳感器測量帶寬：1kHz～100MHz

工頻屏蔽層式傳感器測量帶寬：50Hz-1KHz

系統定位精度：±1.7m或±0.2%L（取最大）

系統選線(xiàn)準確率：≥95%

GPS/光纖/北斗守時(shí)精度：20ns

云服務(wù)（用戶(hù)可選項）：阿里云

功耗：≤10W

通訊接口：4G無(wú)線(xiàn)通訊/網(wǎng)口*2/光口*2

供電方式：AC 110~220V/ DC 15~60V/CT耦合取電（啟動(dòng)電流＞30A）

電源掉電保持時(shí)間：≥8h

裝置平均*工作時(shí)間MTBF：≥50000h

系統上位機：主站或云

工作溫度：-40℃~+70℃

系統的先進(jìn)性

  1）通過(guò)安裝高壓電纜故障預警及選線(xiàn)定位系統，從故障定位、選線(xiàn)、故障預警等方面可做到自動(dòng)化，提高了故障排查效率，節省了大量的時(shí)間和人力。

  2）提高了配電網(wǎng)自動(dòng)化水平，可有計劃地提前采取措施，保證廠(chǎng)區設備運行安全，保障電網(wǎng)的可靠供電，避免了由于突發(fā)停電而造成的不必要的經(jīng)濟損失。

  3）系統軟件后臺可選擇部署在云服務(wù)器端，操作人員訪(fǎng)問(wèn)方便，不受時(shí)間、地點(diǎn)限制，可實(shí)時(shí)查看線(xiàn)路運行情況，方便管理。

  4）電纜故障精確定位裝置結構緊湊，施工安裝方便，可對重點(diǎn)站、重點(diǎn)設備、異常設備進(jìn)行長(cháng)期監測，系統配置靈活。

  5）系統安裝不改變電纜運行方式和結構，不占用現有系統資源，在電纜接地導體上安裝電流傳感器安全可靠,可監測長(cháng)電纜，最大監測電纜長(cháng)度為40km。

  6）電纜故障精確定位裝置采用全網(wǎng)絡(luò )化設置，通訊方式多樣：可通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)通訊、網(wǎng)絡(luò )通訊、光纖通訊方式對每個(gè)裝置分配不同的IP地址，能同時(shí)對多條回路進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測和故障預警。

  7）系統響應時(shí)間短，當電纜發(fā)生暫態(tài)故障產(chǎn)生放電信號后，高頻傳感器在5s之內即可將采集到的故障信號通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通訊傳遞給上位機軟件并實(shí)時(shí)顯示故障波形，便于值班人員快速分析故障點(diǎn)。

  8）單芯電纜實(shí)時(shí)監測護層接地電流，實(shí)現對電纜護層接地電流異常報警。

系統構成

  1、電纜故障定位在線(xiàn)裝置

  電纜故障定位在線(xiàn)裝置由主控單元（CPU模塊）、高速信號數據采集單元（DAU模塊）、GPS/光纖/北斗守時(shí)模塊、4G/光纖/網(wǎng)絡(luò )通訊模塊、電源管理模塊等部分構成，電纜故障精確定位裝置通過(guò)高頻傳感器獲取暫態(tài)行波電流信號，記錄采集時(shí)的時(shí)間標簽,同時(shí)，在現場(chǎng)條件具備的前提下，可增采 Ua、Ub、Uc、工頻電壓信號及零序分量，作為對高壓電纜故障點(diǎn)定位和預警的輔助條件，為后臺運算提供數據支持。

  電纜故障精確定位裝置融合先進(jìn)的數字化傳感器技術(shù)、高速數據采集、數據分析、通信技術(shù)和計算機技術(shù)為一體，將本地數據通過(guò)4G/光纖/網(wǎng)絡(luò )通訊模塊實(shí)時(shí)上傳至系統后臺。電纜故障精確定位裝置能夠適應惡劣的運行環(huán)境，為配電網(wǎng)安全運行提供有力的保障。裝置外觀(guān)如下圖所示：

  2、傳感器

  2.1高頻信號采集傳感器（分為高頻屏蔽層式傳感器和高頻芯線(xiàn)式傳感器兩種）

   高頻屏蔽層式傳感器：傳感器安裝在被監測電纜金屬屏蔽層接地線(xiàn)上，負責監測被測電纜的暫態(tài)電流行波信號，傳感器按照一致方向固定在電纜屏蔽線(xiàn)上，并注意屏蔽線(xiàn)處安裝傳感器之前需要做絕緣處理。傳感器與采集單元間通過(guò)多芯屏蔽線(xiàn)連接。裝置外觀(guān)如下圖所示：

  ●安裝在電纜金屬屏蔽層接地線(xiàn)處

  ●測量帶寬：100KHz～5MHz

  ●輸出阻抗：50Ω

  高頻芯線(xiàn)式傳感器：傳感器安裝在被監測電纜本體上，負責監測被測電纜的暫態(tài)電流行波信號,傳感器與采集單元間通過(guò)多芯屏蔽線(xiàn)連接。裝置外觀(guān)如下圖所示：

  ●安裝在被監測電纜本體上，每一處監測點(diǎn)配置3個(gè)傳感器

  ●測量量程:5A～5000A

  ●測量帶寬：1kHz～100MHz

  ●絕緣隔離水平：DC 10kV/1min

  ●安裝方式：開(kāi)合式

  ●匹配阻抗：50Ω

  2.2工頻屏蔽層式傳感器

  傳感器安裝在被監測電纜金屬屏蔽層接地線(xiàn)上，負責監測單芯電纜外護套環(huán)流信號。傳感器采用開(kāi)口鐵芯結構設計，不需斷開(kāi)被測電纜即可快速、方便安裝拆除。裝置外觀(guān)如下圖所示：

  ●安裝在電纜金屬屏蔽層接地線(xiàn)處（單芯電纜使用）

  ●額定初級電流：5-400Aac

  ●額定次級電壓:0.333Vac

  ●測量帶寬：50Hz-1KHz

  3、系統主站

  主站包含有系統監測后臺、其他輔助監測單元等，利用*算法，通過(guò)對現場(chǎng)的上傳數據進(jìn)行分析，實(shí)現故障點(diǎn)精確定位、預警等各項功能。

  4、系統軟件后臺

  軟件平臺采用B/S的結構搭建，通過(guò)自組局域網(wǎng)或采用云服務(wù)來(lái)實(shí)現各項功能。用戶(hù)可在自己的客戶(hù)端（主站電腦）用瀏覽器的形式訪(fǎng)問(wèn)系統監測后臺，如選用云服務(wù)則可在任何時(shí)間地點(diǎn)通過(guò)瀏覽器登錄系統監測后臺，查看線(xiàn)路運行情況，并且系統的歷史數據長(cháng)期存儲，方便查看。

系統可自動(dòng)預警電纜故障和故障精確定位，并通過(guò)彈窗告警，也可選擇手機

短信方式或者APP軟件推送將故障信息通知相關(guān)人員。值班人員可在監控中心或通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)的方式，直觀(guān)查看各條電纜線(xiàn)路運行情況，當出現異常時(shí)系統會(huì )自動(dòng)彈出告警提示，極大的方便了工作人員對電纜日常的監測和維護，并且系統自動(dòng)保留原始數據以便后期的利用。

  系統可根據現場(chǎng)監測線(xiàn)路情況，配置本用戶(hù)的系統網(wǎng)絡(luò )拓撲，用戶(hù)值班人員可通過(guò)監測界面直觀(guān)的查看監測范圍內線(xiàn)路的運行情況。當監測線(xiàn)路出現異常時(shí)系統會(huì )在相應線(xiàn)路處進(jìn)行變色閃爍提示以及彈出告警彈窗提示故障點(diǎn)位置。

  后臺軟件功能:

  ●定位：系統通過(guò)雙端自動(dòng)測距功能計算故障點(diǎn)距離；

  ●選線(xiàn)（選配）：當支路電纜發(fā)生故障時(shí)，系統根據終端所采集的支線(xiàn)波形方向進(jìn)行支路選線(xiàn)；

  ●預警（選配）：系統根據高頻傳感器采集的數據進(jìn)行分析，結合瞬時(shí)故障的能量值與觸發(fā)頻次實(shí)現對電纜故障的預警；

  ●電纜運行圖顯示：

    (1）通過(guò)運行圖可以直觀(guān)查看系統已安裝并監測的電纜線(xiàn)路及其參數配置，

并可以通過(guò)選定電纜線(xiàn)路或選定配電所（箱變）查看電纜自恢復故障記錄索引；

    (2）電纜自恢復故障點(diǎn)位置可以在網(wǎng)絡(luò )運行圖上相應位置閃爍顯示。

  ●波形分析:

    (1）波形顯示：同時(shí)顯示多個(gè)通道波形，具有波形縮放、通道選擇、游標顯示功能；

    (2）可對可恢復故障波形進(jìn)行自動(dòng)分析，以確定電纜自恢復故障點(diǎn)的位置。

  ●電子值班（用戶(hù)可選項）:

可通過(guò)短信、APP推送方式向有關(guān)人員發(fā)送電纜故障告警信息。

  ●其它功能:(1）設備自檢功能；(2）遠程維護功能（可選）；(3) 電源管理功能；