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物联网技术创新应用助力配网高效运维——配电线路状态检测器在配网自动化中的应用

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润洲物联   发表于 2021-4-14 16:20:50   查看: 428 帖子
一、企业简述

珠海市中力电力设备有限公司成立于2006年,是专业从事配网自动化和电力金具等产品的研发生产和销售,具有自主知识产权及创新开发能力的国家级高新技术企业。公司已通过了ISO9001:2015国际质量标准体系认证,ISO14001:2015国际环境标准体系认证,OHSAS18001:2007职业健康安全管理体系认证和GJB 9001C-2017武器装备质量管理体系认证,于2008年获得全国工业产品生产许可证,2017年获得GB/T29490-2013知识产权管理体系认证。

公司自成立以来,注重科技投入,提高企业自主创新能力。先后累计投入研发经费二千万元人民币,成立研发技术中心,致力于电力线路金具、配网自动化和其它产品(智能电子锁、智能无线传感器、10KV串联多腔室灭弧防雷保护器)的研发与技术改良。与华中科技大学产学研合作。公司具有院士1人,高级工程师10人,工程师8人,大专以上学历占公司总人数的63%。已获得26项国家实用新型专利,12项国家发明专利,多项监控软件著作权证书。2014年获得国家技术高新科技企业。

公司研发生产的铜快捷端子、电表接线夹于2014年被广东省科技厅认定为广东省高新技术产品(粤高企协[2014]53号),铜快捷端子,该产品2016年又获得国家电网新技术推广应用产品(国网运检技术[2016]108号文)。研发生产的配电线路状态检测器产品2020年入编国家发改委主管的《中国战略新兴产业》杂志社:领跑一“十三五”项目汇编。同时被国家发改委评为中国战略新兴产业信息聚合传播平台。入库“示范企业”的奖励。

公司产品畅销全国,得到了业界的肯定与好评。产品销售南网广东、海南、广西省电力公司。国网黑龙江、吉林、江西、四川、安徽、陕西、湖北、北京市、天津市、内蒙古电力公司使用以来,没出现过任何质量问题,十多年的市场证明,产品达到节能型、长寿命、免维护、零故障。质量优、导电性能好、运行安全可靠、易操作、拆装简便、各项技术指标均达到国网、南网设计和运营标准,是南网和国网的合格供应商。

公司秉承“坚持产品创新,服务电网安全”为企业核心理念,精益求精为客户提供精准服务,最大程度实现企业的社会价值。

二、配电线路运行现状

1、概述

在配电系统中,尤其是农网配电系统,以架空线路为主且配网自动化程度较低,但线路数量多、分支多,运行方式复杂,故障发生频繁。在故障发生后,故障点的查询费时费力,维护线路的工作量大,故障快速准确定位对于提高供电可靠性具有重要的意义。

目前对故障点的监测主要有线路故障指示器和线路FTU两种方式。问题是多数故障指示器没有自动定位功能,配电线路发生故障,需要人工沿线查找,增加了故障查找时间和难度。而利用FTU能够实现故障的自动定位和隔离,但现场运行的大量配网设备无光纤通道(尤其是以架空线路为主的农网),也无预留自动化所必须的接入点,大量的设备更换和专用通讯通道的架设造成巨额资金投入,一次设备改造困难,工程费用高。因此,全面实现具有定位功能的故障指示器在配网自动化中的应用是对现有配网自动化的有力补充,对于提升供电系统的稳定性, 降低配网系统故障给系统运行带来的影响有着较为重要的意义。

珠海市中力电力设备有限公司开发的配电线路状态检测器是基于故障指示器技术、GSM/GPRS通信技术和GIS (地理信息系统)技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统,同时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.主要用于配电系统各种故障点的检测和定位,包括相间短路和单相接地故障。监控中心的故障定位软件系统与大量现场的故障检测和指示装置相配合,在故障发生后的几分钟内即可在控制中心通过与地理信息系统相结合,显示故障位置和故障发生时间,帮助维修人员迅速赶赴现场,排除故障,恢复正常供电,提高供电可靠性,同时大大减少故障巡线人员,提高工作效率。是现有配网自动化的有力补充。

2、与现有故障指示器对比

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三、配电线路状态检测器的组成及实现的功能

配电线路状态检测器由智能感知采集单元、汇集单元和系统智能分析主站组成,采集单元通过无线通信将信息传输给汇集单元;汇集单元通过移动网络上传信息给系统主站;主站软件可以根据信息对配电网架空线路进行接地故障和相间短路检测定位。

配电线路状态检测器可以高精度实时在线监测中压配电网线路电流、对地电场,在线路状态发生异常改变时触发高采样录波,主站系统根据录波数据可实现小电流接地系统接地故障准确定位、复杂故障过程回溯反演、线路异常状态提前预警,大大提高了接地故障的定位准确率。智能系统主站下发故障定位结果给用户指导巡线(通知途径:短信和手机APP),从而用户利用定位结果缩短故障处理时间。

系统组成如下图所示:

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1、采集单元

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产品特点:

★ 架空线上电流测量精度±0.5%;

★ 电流、电场高频(12.8KHz )实时录波,捕获小电流接地故障瞬间暂态波形信号;

★ 高精度(<20μs)无线时间同步实现三相电流、对地电场波形同步采集;

★ 低负载线路上(3A)持续获得稳定电源,三级充放电精细管理,高效率能量运用;

★ 低功耗无线双向通信,支持程序远程升级和维护;

★ 带电安装、拆卸,IP67防护等级。

主要技术参数:

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2、汇集单元

功能特点:

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★ 高可靠电源系统,太阳能和免维护蓄电池主备供电。

★ 通信终端30分钟同步一次即可保证高精度(<20μs)三相无线时间同步。

★ 三相合成获取暂态零序电流、电场信号,实现接地故障就地精准检测、定位、通信稳定可靠。

★ 汇集单元与采集单元建立短距无线网络,支持星形拓扑结构;借助基于4G无线网络的电力VPN专网与主站监测平台建立通信,将数据上传至主站,实现对配电网络的故障信息和运行工况的监测。

★ 可靠的工业级设计,通讯模块采用国际主流厂商工业级无线通信芯片,具备通道监视、通道切换和故障报警功能,支持系统诊断和自愈功能;支持通信中断恢复后数据续传,防止数据丢失。

★ 高可靠电源、低功耗设计,后备电源能使汇集单元连续工作15天。

★ 定时自检,并向监控中心发送自检信息,可远程维护与升级。

★ 具备电源管理功能,可监测电池电压,控制蓄电池启动、退出和活化等功能。

★ 机箱坚固防锈,配合密封圈、防水接头,实现IP55防尘防水等级,确保在户外

长时间安全稳定运行。

主要技术参数

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3、监测主站

主站系统可以部署为云端模式和服务器模式,方便用户多样化的要求,用户随时随地可以进行查看分析和维护更新。主站系统利用大数据获取并构建案例库,结合人工智能学习算法发现规律,实现工况识别、原因识别、故障预测,大大提高了整个系统的可靠性,线路故障识别及定位准确率不低于90%。

主要包括以下功能模块:

★ 运行状态检测模块 ★ 一次接线图 ★ 故障录波模块

★ 实时数据展示模块 ★ 历时曲线模块 ★ 故障报警模块

★ 地理信息系统模块 ★ SOE记录模块 ★ 故障定位模块

主站界面展示:

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4、手机APP

在监控主站系统管理模块中授权的手机可利用该APP登陆查看被授权线路的工况,接收被授权线路的故障事件通知等。可通过扫描二维码下载我司APP软件。

登陆界面,并用授权的手机号码获取验证码后登陆。

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登陆后界面展示:

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四、配电线路状态检测器的故障检测原理

1、永久短路故障检测原理

当采集单元检测到一个正常电流I1持续一定的时间(可设置)后,突变到I2,I2-I1>设置的突变阈值,随后线路进入停电状态持续一定的时间(可设置)后,则采集单元判定为永久短路。

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2、瞬时短路故障检测原理

当采集单元检测到一个正常电流I1持续一定的时间(可设置)后,突变到I2,I2-I1>设定的突变阈值,随后线路进入停电状态持续一定的时间(小于设定的停电时间阈值)后,又突变到I3,I3大于设定的突变阈值,持续一定的时间后,线路电流恢复到I4,I4大于设备判断来电的正常电流值。模拟为重合闸成功,则采集单元判定为瞬时短路。

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3、接地故障检测原理

配电线路状态检测器通过12.8KHz高采样率采集记录下故障瞬时的电流波形(故障前4个周波,故障后8个周波),叠加得到零序电流波形,根据故障发生瞬时的暂态零序电流波形进行接地故障检测定位,原理如下图所示。

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当线路发生单相接地时,同一母线的所有监测点都会触发录波,记录故障暂态波形并上传至主站,接地故障瞬时的暂态零序电流波形,幅值较大,而且不受接地方式影响,同时故障线路和健全线路的暂态零序电流波形不同,故障线路上接地故障点前后的暂态零序电流波形也不同,后台主站根据以上判据,综合分析故障波形特征就可以定位出接地故障所在区段。

五、案例分享

1、典型接地故障案例

2019-07-31 21:27:54 配电线路状态检测器报XX线174号杆至155号支1号杆之间发生C相瞬时接地故障。经查线发现用户保险烧坏,实际故障位置与系统报警位置相符。

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截图分别为故障线路最前端监测点、故障点前监测点(临近)、故障点后监测点(临近)的零序电流和三相电场波形,三张图电场波形变化一致,表现为C相电场跌落,AB相电场升高,为C相接地故障;通过零序电流对比可见,215号杆和174号杆零序电流特征高度相似,且幅值较大,与155支1号杆零序电流相比暂态特征方向相反,可判断故障点在174号杆与155支1号杆之间。

2、电缆头爆裂故障案例

2019-08-02凌晨IWOS平台陆续报两次事件;

事件一:2019-08-02 01:05:03 XX线2号杆之后(12支1号杆,55号杆)之前发生B-C相瞬时短路故障 。

事件二:2019-08-02 01:09:30 XX线2号杆之后(12支1号杆,55号杆)之前发生C相瞬时接地。

首次短路重合成功,约4分钟后同一故障区段C相发生单相接地故障,经查线故障为电缆头爆裂,实际故障位置与系统报警位置相符。

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截图分别为故障点前监测点和故障点后两个不同的分支的监测点的三相电流和电场波形,由波形可见,2号杆有明显的B、C相短路电流,约持续2.5周波后线路跳闸停电,电流、电场消失。而12支1号杆与55号杆在同一时刻的波形中未见有短路电流流过,所以12支1号杆与55号杆不在短路故障路径上,可判断为2号杆之后与12支1号杆、55号杆之前为故障点存在的区间。

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截图分别为故障线路故障点前监测点(临近)和故障点后两个不同的分支的监测点(临近)以及同母线下非故障线路出口监测点的零序电流和三相电场波形,四张图电场波形变化基本一致,表现为C相电场跌落,AB相电场升高,为C相接地故障;通过零序电流对比可见,2号杆零序电流暂态峰值和稳态值均远大于12支1号杆、55号杆和XXX线1号杆的零序电流。且零序电流方向明显与其他三个监测点相反,可判断故障点位置在2号杆之后,12支1号杆、55号杆之前。

3、断线故障案例

2019-08-08凌晨平台连续报两次事件:

事件一:2019-08-08 04:03:48 10kVXX线85号支11号支1号杆之后发生A相瞬时接地。

事件二:2019-08-08 04:07:35 10kVXX线85号支11号支1号杆之后再次发生A相瞬时接地。

经查线故障为用户电缆断线,实际故障位置与系统报警位置相符,系统报警正确。

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截图分别为故障点前监测点、故障线路非故障路径监测点和非故障线出口监测点的波形,两次事件的波形图的电 场波形变化分别基本一致,表现为A相电场跌落,BC相电场升高,为A相瞬时接地故障;通过零序电流对比可见 零序电流均表现为弧光放电,且85号支11号支1号杆零序电流放电尖峰远大于85号支11号杆和嘎雄线2号杆的零 序电流,且零序电流极性明显与其他两个监测点相反,两个事件均可判断故障点位置都在85号支11号支1号杆之后。

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本次事件系统捕捉到两次瞬时接地故障,均表现为弧光接地,且故障位置相同,经班组查线发现故障位置线路架设较低、弧垂较大与线下金属厂房屋顶接触,发生接地故障,接触过程中导线逐渐烧断,发展为断线故障。

六、结束语

配电线路状态检测器是适合于10kv配电线路中各种线路故障判断、故障区间定位和数据在线监控的最佳选择,是当前配网自动化的最佳补充。该装置可实现对线路上的设备分布、设备状态数据、历史信息、故障事件(接地、短路、瞬时等故障)等信息进行全景监测;可实现对线路事件、系统负荷等数据的分析;能实时准确定位出故障区间,同时根据系统大数据库波形对比,准确分辨出是什么故障,如树障、绝缘子击穿、避雷器击穿、设备老化等,通过短信方式发给用户。该装置除了以上功能外,更大的优势是在事故未发生之前,通过系统提供给用户的信息及波形,可提前消除故障隐患,起到了一个预防作用。此外,手机app可随时随地方便查看线路状态和故障信息,真正实现了方便快速判断故障和帮助用户更好更快的解决故障的目的。

近三年来,配电线路状态检测器在广东电网下属的肇庆、惠州、云浮、韶关、汕头等局以及国网的黑龙江等局得到了广泛应用,已投入运行的有近6000套,销售收入达到了近5000万元。随着该产品的投入使用,大大提高了使用单位的运维水平,极大缩短了故障点查找时间,大大减少了停电时间和停电范围,提高了供电可靠性,产生了良好的经济效益,受到各供电局的一致好评。
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